接枝到微粒状固体载体上的改性多胺作为用于从流体中去除目标物质的吸附剂材料制造技术

提供用于从流体料流中去除目标物质的组合物，所述组合物包含多胺；和共价连接的疏水基团，其中所述多胺共价连接到载体材料。还提供用于从流体料流中去除目标物质的方法，所述方法包含使所述流体料流与包含多胺和共价连接的疏水基团的组合物接触，其中所述多胺共价连接到载体材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接枝到微粒状固体载体上的改性多胺作为用于从流体中去除目标物质的吸附剂材料
本专利技术涉及使用基于多胺的化学改性过滤材料从如液体等流体中去除目标物质，以及用于生产此类材料的方法。
技术介绍
世界各地工业化不断发展，加上对廉价制造产品的需求的不断增加，造成了对如水等关键溶剂的受污染供应进行修复和再循环的巨大且持续的需求。人们意识到有必要重新利用和补充现有资源，而不是简单地处理它们。随着淡水供应的减少受到来自工业活动污染的威胁，环境保护法规也变得越来越严格。在工业和农业过程中使用的重要流体不仅包括水，还包括溶剂、燃料、润滑剂和工作流体。所有这些流体可以通过在工业过程中的正常使用，或通过有意或无意地暴露于废物而暴露于化学污染中。举例说明，在工业化国家中，通常高达三分之二的全部水消耗可归因于工业的需求。毫不惊奇的是，如联合国等组织国际层面作出了巨大的努力，以确保发达国家和发展中国家致力于可持续的环境政策，包括负责任地使用水。确切地说，重要的是开发出从每单位所消耗的水中获取更多以支持可持续增长的方式。有多种多样的破坏环境的污染物来源，包括来自工业工厂和化学加工设施的处理不当的废水；用于农业地区的含有肥料和农药的地表径流；和清洁剂以及用于灭火泡沫的阻燃剂。许多工业化学污染物在降解之前可以在大自然中持续存在很多年，并且即使在很低的浓度下也可能对植物、动物和人类造成极大伤害。对生态系统的影响也很深远，持久性污染物通常集中在食物链上游的生物体内。尽管在20世纪70年代末大多数工业国家禁止使用多氯联苯(polychlorinatedbiphenyl，PCB)，但在许多海洋动物的组织中仍发现高含量的多氯联苯，导致正常的内分泌过程被破坏。除了破坏环境的污染物外，工业、制药和农业过程中使用的流体还普遍含有具有经济价值的组分或化学物质，如包括银或金、钯和铂族金属的贵金属(Sharma等人,2017年https：//pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2017/ra/c7ra10153h)，包括锂的其它金属或包括药物的小分子。虽然在许多情形下，此类化学物质本身通常可被视为有害污染物，但这些内含物的去除和/或回收也可为有价值的，因为其可随后重新使用而不是丢失。例如，流经采矿作业的垃圾的水(如雨水)可含有溶解的矿物质，所述矿物质以过低的浓度存在而不值得精炼，但其既可能造成环境危害，又可能成为表示增加采矿产量的可能来源。因此，迫切需要为受污染的流体料流，特别是受污染的水的修复问题提供新颖且创新的解决方案。一种特定类别的持久性环境污染物包括卤化有机化合物，如多氟和全氟化烷基物质(poly-andperfluorinatedalkylsubstances，PFAS)。PFAS是有机氟化合物。虽然它们被认为是化学惰性的，但它们在环境中具有持久性，并且它们的使用在许多国家受到《联合国气候变化框架公约(UnitedNationsFrameworkConventiononClimate)》的《京都议定书(KyotoProtocol)》的控制。PFAS还用作用于制造确实表示环境风险的多种衍生化合物的前体，包括氟表面活性剂、氟聚合物和有机氟反应物。全氟辛烷磺酸盐(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是有毒的PFAS化合物，其已广泛用作表面活性剂和用于灭火泡沫和金属电镀工艺的阻燃剂。PFOS和PFOA两者在环境中长期存在，并且在世界上大部分淡水供应中都被认为是污染物。将如PFOS和PFOA的PFAS化合物吸附到颗粒活性炭上是目前将它们从污染水中去除的最佳且推荐的解决方案。然而，所述过程非常缓慢且效率低下。确切地说，带电且较短链的PFAS污染物快速“突破”活性炭床，这意味着需要极大量的活性炭，一旦被PFAS饱和就必须频繁地更换。吸附的PFAS不能从活性炭洗去以进行“原位”再生。因此，活性炭是从污染水中去除PFAS问题的昂贵且一次性使用的解决方案。一些改性纤维素材料显示出更好的去除效果，但仅能有效地将高浓度全氟表面活性剂降低至较低水平，而不能将其从>1ppm的水平完全清洗至法规限制内(例如，由美国环境保护署(UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency)设定的约每万亿分之70：https：//www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/drinking-water-health-advisories-pfoa-and-pfos)。此类材料仅作为延长活性炭的寿命的预处理是有效的，而不是作为PFC去除的完全解决方案。它们还充当分散的絮凝剂并且需要复杂而独特的设备来实施(参见例如，EP2763790B1)。特种离子交换树脂也是新兴的解决方案。此处，用季铵改性的苯乙烯二乙烯基苯聚合物珠粒在填充床中用作活性炭的替代物。这些树脂要么无法再生，要么仅可用有毒且可燃的溶剂再生(参见例如WO2017180346A1)。因此，需要提供经济且可重复使用的组合物和方法，所述组合物和方法能够从如废水的流体料流中去除低浓度(<1ppm)目标物质，确切地说有价值的材料或污染污染物，如PFAS。显而易见的是，此目标对于当前技术尤其具有挑战性。本专利技术试图克服当前的挑战并达到这些目标。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种用于从流体料流中去除目标物质的组合物，所述组合物包含多胺；和共价连接的疏水基团，其中所述多胺共价连接到载体材料。载体材料通常可以是多孔的、固体的和/或微粒状的载体材料。合适地，载体材料包含纤维素，并且由选自由以下组成的组中的一种或多种的材料构成：木质纤维素；微晶纤维素；微纤化纤维素；细菌纤维素；和纤维素衍生物。任选地，载体材料可以是粉末或纸浆，如纤维素或木质纤维素粉末或纸浆。如果呈微粒状形式，则载体材料可包含例如由以下多个组成的组中的一种或多种：颗粒；薄片；珠粒；球粒；和锭剂。载体材料还可选自由以下组成的组中的一种或多种：二氧化硅；硅胶；和二氧化硅衍生物。在本专利技术的一个实施例中，多胺选自线性或支链多胺。合适地，多胺选自线性或支链多胺，所述线性或支链多胺选自：聚乙烯亚胺(PEI)；聚丙烯亚胺(PPI)；聚(烯丙基胺)、聚(乙烯基胺)、聚(N-甲基乙烯基胺)聚赖氨酸、聚(4-氨基苯乙烯)。在本专利技术的一个替代实施例中，多胺选自阳离子多胺，如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、胍多胺，如聚六亚甲基胍或聚己缩胍、或多胺共聚物，如聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)或聚(亚甲基共-胍)。在另一实施例中，疏水基团包含选自以下的基团：C2-C22支链、线性或环状饱和或不饱和烷基；或芳基。通常，此基团选自C2-C22支链、线性或环状烷基；或芳基。任选地，C2-C22支链或线性烷基选自丁基、己基或辛基。合适地，C2-C22线性烷基是选自异丁基、异己基或异辛基的C4-C8支链或线性烷基。在本专利技术的特定实施例中，C2-C22烷基是选自环己基、环庚基或环辛基的环烷基。在另一实施例中，芳基选自由以下组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从流体料流中去除目标物质的组合物，所述组合物包含多胺；和共价连接的疏水基团，其中所述多胺共价连接到载体材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180328 GB 1805058.31.一种用于从流体料流中去除目标物质的组合物，所述组合物包含多胺；和共价连接的疏水基团，其中所述多胺共价连接到载体材料。


2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述载体材料由选自由以下组成的组中的一种或多种的材料构成：木质纤维素；细菌纤维素；微晶纤维素；微纤化纤维素和纤维素衍生物。


3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述载体材料包含纤维素或木质纤维素粉末或纸浆。


4.根据权利要求3所述的组合物，其中将所述纤维素或木质纤维素粉末或纸浆并入到膜或膜样滤器中。


5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述载体材料选自由以下组成的组中的一种或多种：二氧化硅、硅胶和二氧化硅衍生物。


6.根据权利要求1、2或5中任一项所述的组合物，其中所述载体材料是多孔、固体和微粒状的，优选地其中粒子的平均直径大小大于约0.01mm并且小于约1mm。


7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述微粒状形式包含由以下多种组成的组中的一种或多种：颗粒；薄片；珠粒；球粒和锭剂。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中所述多胺选自线性或支链多胺。


9.根据权利要求8所述的组合物，其中，所述多胺选自线性或支链多胺，该线性或支链多胺选自由以下组成的组：聚乙烯亚胺(PEI)；聚丙烯亚胺(PPI)；聚(烯丙基胺)；聚(乙烯基胺)；聚(N-甲基乙烯基胺)；聚赖氨酸；聚(4-氨基苯乙烯)；聚(二烯丙基二甲基氯化铵)；聚六亚甲基胍；聚己缩胍；聚(亚甲基共胍)；或聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中疏水基团包含选自以下的基团：C2-C22支链、线性、饱和或不饱和、或环状烷基；或芳基。


11.根据权利要求10所述的组合物，其中所述C2-C22烷基选自由以下组成的组：丁基、己基或辛基。


12.根据权利要求10所述的组合物，其中所述C2-C22烷基选自由以下组成的组：异丁基；异己基；或异辛基。


13.根据权利要求10所述的组合物，其中所述C2-C22烷基选自环烷基，该环烷基选自由以下组成的组：环己基；环庚基；以及环辛基。


14.根据权利要求10所述的组合物，其中所述芳基选自苯酚；或苯基。


15.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中疏水基团包含多氟或全氟烷基，适合地，C8全氟辛烷或C8多氟化6:2氟调聚物。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的组合物，其中所述吸附剂分子包含多个疏水基团。


17.根据权利要求1到15中任一项所述的组合物，其中所述多胺基团经由选自由以下组成的组的键连接到所述疏水基团：酰胺键；脲键；硫脲键；异硫脲键；胍键和季铵化(门秀金(Menshutkin))反应。


18.一种用于从流体料流中去除目标物质的方法，所述方法包含使所述流体料流与包含多胺和共价连接的疏水基团的组合物接触，其中所述多胺共价连接到载体材料。


19.根据权利要求18所述的方法，其中所述流体为液体，任选地所述液体选自：水；有机溶剂；液体化石燃料；液体润滑剂；离子液体；以及工作流体。


20.根据权利要求18所述的方法，其中所述目标物质包含一种或多种多氟和全氟烷基物质(PFAS)，其任选地选自全氟阴离子表面活性剂化合物，包括选自由以下组成的组中一种或多种：全氟丁烷磺酸盐(PFBS)；全氟丁酸(PFBA)；全氟己烷磺酸盐(PFHS)；全氟己酸(PFHA)；全氟辛酸(PFOA)；全氟辛烷磺酸盐(PFOS)；全氟壬酸(PFNA)；和全氟癸酸(PFDA)；以及6:2氟调聚物磺酸(6:2FTSA)。


21.根据权利要求18所述的方法，其中所述目标物质包含有价值的物质，任选地包含贵金属、稀土金属或铂族金属或其盐。


22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中所述载体材料包含由以下组成的组中的一种或多种：木质纤维素；细菌纤维素；微纤化纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·里夫，李文，K·雷，A·Y·F·尤，H·哈格曼，
申请(专利权)人：普瑞菲蒂有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB