一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于材料制备和化工分离领域，具体涉及一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法和应用。本发明专利技术以氨基封端的聚二甲基硅氧烷为基体，用3

【技术实现步骤摘要】
一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料制备和化工分离领域，特别涉及一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]有机溶剂已广泛用于化学合成和产品纯化的化学和制药工业。由于大多数工艺都需要高纯度溶剂，在一个工艺循环后，如果不进行适当处理，溶剂通常不能重复使用，因此，产生了大量的废物流，而传统废水处理技术(如生物降解和高级氧化工艺)难以有效处理有机溶剂含量高的废水，因此有机溶剂废水的处理与回用一直是一个难题。二甲基亚砜是一种被广泛应用的极性有机溶剂，由于其对多种化合物的强溶解度以及与水的良好相容性，在化工和医药生产中经常被用作反应介质。正由于二甲基亚砜与水的互溶性，使得其分离回收成为一个挑战。
[0003]近年来，作为分离液体混合物的技术大致有两种：渗透汽化与膜蒸馏。渗透汽化过程是由蒸汽压推动，利用组分通过膜的溶解和与扩散速率的不同来实现分离，例如CN201810733838.X公开了一种聚酰亚胺渗透汽化膜的制备方法，得到的膜可以用于极性溶液的分离。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，通常可用于水的蒸馏淡化以及在水溶液中去除挥发性物质，例如CN201811296112.0公开了一种乙烯
‑
三氟氯乙烯共聚物微孔分离膜的制备方法，可用于对有机溶剂的处理。然而，以上两种方法分离二甲基亚砜/水混合液时均需将物料加热，将液态混合物转化为气态，而后再进行分离。而二甲基亚砜的沸点高达189℃，且不与水共沸，因而在分离过程中需要大量的能耗，造成了能源的浪费和成本的增加。
[0004]近年来，一些多孔海绵吸附剂被用于油水分离领域，这些材料对于与水互溶性弱的溶剂或油类有较好的分离效果，对于与水互溶性强的溶剂分离效率较低。例如CN202110075962.3公开了一种自发泡型氧化石墨烯
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聚二甲基硅氧烷海绵体的制备方法，所专利技术吸附剂有较好的疏水亲油性，能吸附各种油类和有机溶剂，但未涉及对水溶性有机溶剂的分离，尤其是二甲基亚砜这种高沸点强极性溶剂的选择性分离，而本领域的其它类似油水分离材料也未涉及对二甲基亚砜的选择性分离。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出采用具有特殊官能团的吸附剂进行二甲基亚砜的选择性吸附，从而实现二甲基亚砜和水混合液的高效分离。
[0006]本专利技术涉及的吸附剂以氨基封端的聚二甲基硅氧烷为基体，用3
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巯基苯甲酸接枝修饰，通过缩合反应与羧基化碳纳米管共价结合，并利用缩合剂反应后产生的气体进行发泡，从而得到对二甲基亚砜具有选择性吸附的高分子聚合物海绵。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分
离的高分子聚合物海绵的制备方法，包括以下步骤：将氨基封端的聚二甲基硅氧烷溶于有机溶剂中，再依次加入3
‑
巯基苯甲酸、羧基化碳纳米管、缩合剂和戊二醛，搅拌均匀成混合液，再将混合液转移至模具中加热固化10min以上。
[0008]本专利技术涉及的反应为缩合反应，参与反应的基团为羧基和氨基，羧基的来源为羧基化碳纳米管和3
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巯基苯甲酸，氨基的来源为氨基封端的聚二甲基硅氧烷，通过缩合反应形成三维交联网络结构。
[0009]进一步的，氨基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为5000
‑
50000，具体结构式为：
[0010][0011]进一步的，有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷或1,4
‑
二氧六环中的任一种，优选为四氢呋喃。
[0012]进一步的，3
‑
巯基苯甲酸与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.5
‑
5):100；羧基化碳纳米管与聚二甲基硅氧烷的质量比为(1
‑
5):10000。
[0013]进一步的，缩合剂为1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺(EDC)和N
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羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合物，其中，聚二甲基硅氧烷与EDC、NHS的摩尔比为1:10:10；聚二甲基硅氧烷与戊二醛的质量比为100:1。
[0014]进一步的，固化温度为20
‑
60℃。
[0015]本专利技术还提供了采用上述方法制备的高分子聚合物海绵应用于二甲基亚砜的选择性吸附，实现二甲基亚砜/水混合液的高效分离，回收二甲基亚砜并循环利用。
[0016]二甲基亚砜的回收方法为在吸附过程中对高分子聚合物海绵减压抽提或在吸附后对高分子聚合物海绵进行物理挤压。对质量浓度为10％的二甲基亚砜水溶液中的二甲基亚砜去除率达95％以上，挤出液中二甲基亚砜的含量在85％以上。
[0017]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0018]1，本专利技术提出的二甲基亚砜和水的吸附分离方法，相比于现有的渗透汽化和膜蒸馏方法，无需对物料加热，在液态下即可分离，具有能耗低、成本低的优势。
[0019]2，本专利技术中所用的高分子聚合物海绵可对二甲基亚砜进行选择性吸附，实现动态连续分离，且高分子聚合物海绵可通过简单物理挤压再生，多次循环利用后分离性能没有明显下降。
附图说明：
[0020]图1为本专利技术实施例1制备的高分子聚合物海绵的扫描电镜图。
[0021]图2为本专利技术实施例1制备的高分子聚合物海绵的水接触角。
[0022]图3为本专利技术实施例1制备的高分子聚合物海绵对质量浓度为10％的二甲基亚砜水溶液的吸附
‑
解吸循环图。
[0023]图4为本专利技术实施例1制备的高分子聚合物海绵的循环压缩曲线。
[0024]图5为本专利技术实施例1制备的高分子聚合物海绵在不同质量浓度的二甲基亚砜水溶液中二甲基亚砜的去除率及挤出液中二甲基亚砜浓度分布图。
[0025]图6为实施例1与对比例1所制备的高分子聚合物海绵对不同有机溶剂与水的混合液(溶剂质量浓度为10％)中有机溶剂的去除率对比图。
具体实施方式
[0026]以下结合具体实施例对本专利技术进行进一步的阐述，下述实施例中所用的材料、试剂均可从商业途径获得。
[0027]实施例1
[0028](1)将1g分子量为25000的聚二甲基硅氧烷放入1mL四氢呋喃中搅拌均匀，再加入20mg 3
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巯基苯甲酸，搅拌均匀。
[0029](2)配制10mg/mL的羧基化碳纳米管的水分散液，移取0.3mL的分散液到步骤(1)的混合溶液中，搅拌均匀。
[0030](3)在步骤(2)的混合溶液中先后加入62mg EDC、46mg NHS，搅拌均匀；再加入10mg戊二醛，搅拌均匀后转移至模具中，在50℃固化0.5h，得到高分子聚合物海绵。
[0031]所得高分子聚合物海绵的水接触角为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法，其特征在于，将氨基封端的聚二甲基硅氧烷溶于有机溶剂中，再依次加入3
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巯基苯甲酸、羧基化碳纳米管、缩合剂和戊二醛，搅拌均匀成混合液，再将混合液转移至模具中加入固化10min以上形成高分子聚合物海绵。2.根据权利要求1所述的用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法，其特征在于，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为5000
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50000，具体结构式为：3.根据权利要求1所述的用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷或1,4
‑
二氧六环中的任一种。4.根据权利要求1所述的用于二甲基亚砜/水混合液的高效分离的高分子聚合物海绵的制备方法，其特征在于，3
‑
巯基苯甲酸与聚二甲基硅氧烷的质量比为(0.5
‑
5):100；羧基化碳纳米管与聚二甲基硅氧烷的质量比为(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅金凤，史珂，李忠玉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：