[发明专利]表面由多羧酸表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面由多羧酸表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用，通过向1体积含有线性两亲聚合物的可交联聚合的油相中滴加3.5‑6.0体积的水，边滴加边搅拌，形成油包水型浓乳液，将浓乳液静置加热孵化成弹性多孔材料，用乙醇洗涤，烘干，得到孔表面由线性两亲聚合物的亲水段表达的多孔材料，处理亲水段，使其由羧酸表达，得到所述的表面由多羧酸表达的多孔吸附剂，与现有技术相比，本发明为宏观的多孔材料，将其直接投入水中，在pH＝4‑9的条件下，可以对水中的阳离子性染料、阳离子性表面活性剂、芳烃及金属等污染物进行吸附清除，在酸性环境下可实现被吸附污染物的释放，用水清洗后即可再次利用。

技术领域

本发明属于吸附功能材料和水净化领域，涉及一种表面结构化的多孔吸附材料及其制备方法和应用，具体涉及一种表面由多羧酸表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

水中污染物的清除是当今全人类面临的共同挑战。一方面，从工业化、城市化和人口增长的形势来看，清洁水供应形势总体上在进一步恶化。另一方面，淡水供应却可能持续减少。随着北极冰川的逐年消退，亚洲数条重要河流将衍变成间歇河，届时将有超过10亿人受直接影响。当前缺乏的是低成本、低能耗、低投入、易推广的水处理技术。常规的水处理方法，如化学氧化法、臭氧法、氯法、氨法等适合处理高含量污染物，对低浓度的微量痕量污染物的处理效果不佳。吸附法近年来受到欢迎，但多数吸附剂对微量痕量污染物无效。活性炭对广谱有机物一般都有一定效果，同样主要针对高含量污染物。另外，随各种工业、特别是采矿业、冶炼业、化工和医药行业等的发展，水中污染物种类正在急剧增多。由于一个水样仅检测就至少需要150余个项目，成本极其高昂，我国目前的饮用水检测和处理实际上存在很多空白，长期风险很大。目前，针对低含量污染物的处理技术，以及针对广谱污染物的吸附剂尤其缺乏。有人总结了对吸附法剂的多种要求，有些要求在吸附剂的设计上是互相冲突的，即强客体亲和性与再生重复利用；广谱性与高选择性；快速吸附动力学与高的机械强度(因为快速吸附要求高表面积，而高表面积意味着多孔，多孔意味着低的机械强度)。显然，目前很难找到同时满足这些条件的吸附剂。

水污染物的种类很多，并能相互影响，增加处理难度。例如，典型有机污染物包括表面活性剂、有机离子染料、药物等。表面活性剂通过厨卫洗涤等在城市污水中广泛存在，多数毒性并不突出，但能使水体富营养化，增溶各种亲油毒性物，并通过食物链将毒物传递给人类。更为严重的是，亲油毒物多数具有生物累积性，体现的是不可忽视的长期危害。有机染料多数毒性不大，但可能衍生为高毒性中间物，某些染料如苯胺类染料则具有明显的致癌性。另外，染料容易通过吸收阳光导致水生植物的死亡和水体缺氧，破坏生态环境的自修复能力。这类污染物在印染、造纸、纺织等行业污水中大量存在。

水处理至少包括两个必不可少的步骤：高效捕捉污染源和方便有效的分离，但兼具这两点的材料很少。高效捕捉的实质是超分子化学问题，必需基于较为精确的、基于超分子原理的分子设计，不少纳米材料已经能实现这一点。但小尺寸的纳米材料很难从水中分离出来。当吸附材料具有宏观尺寸时，分离就方便得多，然而多数具有宏观尺寸的材料，其表面难以具有精细超分子结构。

1960年代，一种方便的制备大孔宏观材料的制备方法由Bartl等报道，称为聚高内相乳液。该法能方便地提供一种多孔框架，但其表面并没有可靠的精细微观结构。2015年，万德成、叶永连等申请了一个关于表面结构化多孔块料的制备专利(CN104437430B)，即将具有精细超分子特征的多胺树状胶囊牢固地附着在多孔材料表面。该材料表面呈阳离子性，能非常高效清除水中的阴离子性有机污染物，残留浓度降低到1-10ppb，同时由于表面的微相分离，亲油层能捕捉芳烃，使其残留浓度降低到0.1-1ppb。该材料能反复使用。但由于静电排斥原因，该材料难以清除阳离子性污染物。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面由多羧酸表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：