一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂及其制备方法和应用，属于高分子材料合成领域

【技术实现步骤摘要】
一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料合成领域，更具体地说，涉及一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]固相萃取技术
(SPE)
富集因子高
、
萃取速率快
、
仪器简单且操作便捷，是目前最常使用的样品前处理方法
。
弱碱阴离子交换树脂作为固相萃取材料对可电离化合物具有良好的萃取效率，但对于两性的抗生素
、PFAS
等物质萃取绝对回收率较低
。
已有研究表明，树脂对两性物质的萃取效率与离子交换容量正相关
。
提高弱碱阴离子树脂固相萃取填料的离子交换容量对两性化合物的高效富集具有重要作用
。
[0003]目前弱碱阴离子交换树脂离子交换容量一般为0～
4mmol/g
，对两性抗生素
、PFAS
等物质的萃取绝对回收率仅为
30
％
‑
65
％，萃取效率低
。
因此，弱碱阴离子树脂的离子交换容量亟需进一步提高
。
随着国家和政府对于环保的重视和要求的提高，制备高离子交换容量且实际应用性能优秀的弱碱阴离子交换树脂固相萃取材料成为样品前处理领域关注的热点和关键挑战
。
[0004]弱碱阴离子交换树脂的合成工艺通常是将聚合物白球氯甲基化后进行胺化制备，而胺化试剂直接影响树脂的离子交换容量
。Sun
等人选用正丙胺
、
二甲胺和异丙胺作为胺化试剂，得到的三种弱碱阴离子交换树脂离子交换容量分别为
2.88、3.14、3.62mmol/g(Yue S,Yingpeng G,Heran Z,et al.Adsorption properties of macroporous exchangers functionalized with various weak
‑
base groups for aromatic acids:Coupling DFT simulation with batch experiments[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2021,9(5).)。
由此可见，选择合适的胺化试剂是提高树脂离子交换能力的重要因素
。
[0005]多氮杂环化合物具有高含氮量，相比于一甲胺
、
乙二胺
、
二正丁胺
、
二异丙胺等传统胺化试剂有望得到更高的离子交换容量
。
但是多氮杂环化合物由于其空间位阻大
、
亲核性弱，极难枝接在树脂骨架上，这限制了多氮杂环化合物作为胺化试剂的应用与发展
。
因此，有必要开发出一种能够将多氮杂环化合物枝接到树脂骨架上的工艺，提高弱碱阴离子树脂离子交换容量，进而提高固相萃取效率
。

技术实现思路

[0006]1.
要解决的问题
[0007]针对现有弱碱阴离子交换树脂对水体中两性化合物萃取效率低，树脂离子交换容量有待进一步提高的问题，本专利技术提供一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂及其制备方法和应用
。
本专利技术通过采用合适的亲核取代反应条件，将空间位阻较大的多氮杂环化合物作为胺化试剂负载在氯球上，获得高负载量
、
更高离子交换容量的弱碱阴离子交换树脂，
并将其作为固相萃取材料应用于水体中两性化合物的萃取，提高萃取效果
。
[0008]2.
技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，包括采用功能单体苯乙烯和二乙烯苯，制备得到苯乙烯树脂白球，并在氯甲基化试剂作用下将苯乙烯树脂白球氯化，得到苯乙烯树脂氯球；而后采用胺化试剂对苯乙烯树脂氯球进行胺化，得到高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂，其中所述胺化试剂为多氮杂环化合物
。
[0011]优选地，所述胺化试剂为
N
原子数大于等于2的多氮杂环化合物
。
[0012]优选地，本专利技术的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、
配制油相：将功能单体苯乙烯
、
二乙烯苯，致孔剂和引发剂混合摇匀，得到油相；
[0014]S2、
配制水相：将分散剂溶于水中，搅拌均匀，得到水相；
[0015]S3、
制备白球：将步骤
S1
中制备的油相和步骤
S2
中制备的水相混合，搅拌反应，得到苯乙烯树脂白球；
[0016]S4、
氯甲基化：将步骤
S3
中制备的苯乙烯树脂白球溶胀，在氯甲基化试剂和催化剂存在下发生反应，得到苯乙烯树脂氯球；
[0017]S5、
胺化：将步骤
S4
中制备的苯乙烯树脂氯球溶胀，而后加入多氮杂环化合物作为胺化试剂，加入反应助剂，进行胺化反应，得到高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂
。
[0018]优选地，所述胺化试剂为3‑
氨基吡咯烷或
(S,S)
‑
2,8
‑
二氮杂双环
[4,3,0]壬烷
。
[0019]优选地，步骤
S1
中，功能单体苯乙烯与二乙烯苯的质量比为1：
(0.04
～
1)
；致孔剂用量占油相的质量百分比为
50
％～
90
％；引发剂用量占油相的质量百分比为
0.5
％
‑2％
。
[0020]优选地，步骤
S2
中，分散剂用量占水相的质量百分比为1％～
1.5
％
。
[0021]优选地，步骤
S3
中，步骤
S1
和步骤
S2
制备的油相和水相按照1：
(2
～
4)
混合
。
[0022]更优选地，步骤
S3
中，将步骤
S1
中制备的油相和步骤
S2
中制备的水相混合，在
300
‑
800rpm
转速下搅拌进行反应，温度为梯度变化，常温下搅拌
1h
后，
70℃
搅拌
2h
，之后升温至
80℃
搅拌
9h
，得到苯乙烯树脂白球
。
[0023]优选地，步骤
S4
中，白球
、
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：包括采用功能单体苯乙烯和二乙烯苯，制备得到苯乙烯树脂白球，并在氯甲基化试剂作用下将苯乙烯树脂白球氯化，得到苯乙烯树脂氯球；而后采用胺化试剂对苯乙烯树脂氯球进行胺化，得到高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂，其中所述胺化试剂为多氮杂环化合物
。2.
根据权利要求1所述的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
配制油相：将功能单体苯乙烯
、
二乙烯苯，致孔剂和引发剂混合摇匀，得到油相；
S2、
配制水相：将分散剂溶于水中，搅拌均匀，得到水相；
S3、
制备白球：将步骤
S1
中制备的油相和步骤
S2
中制备的水相混合，搅拌反应，得到苯乙烯树脂白球；
S4、
氯甲基化：将步骤
S3
中制备的苯乙烯树脂白球溶胀，在氯甲基化试剂和催化剂存在下发生反应，得到苯乙烯树脂氯球；
S5、
胺化：将步骤
S4
中制备的苯乙烯树脂氯球溶胀，而后加入多氮杂环化合物作为胺化试剂，加入反应助剂，进行胺化反应，得到高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂
。3.
根据权利要求1或2所述的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：所述胺化试剂为3‑
氨基吡咯烷或
(S,S)
‑
2,8
‑
二氮杂双环
[4,3,0]
壬烷
。4.
根据权利要求2所述的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：步骤
S5
中，所述反应助剂为碳酸钾和叔丁醇钠的混合物，其中碳酸钾的量为苯乙烯树脂氯球质量的1％
‑5％，叔丁醇钠的量为苯乙烯树脂氯球质量的1％
‑
10
％
。5.
根据权利要求2所述的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：步骤
S5
中，所述胺化反应的反应条件为：在
200
～
500rpm
搅拌速度下，将反应温度保持在
30℃
维持
2h
，而后升温至
85℃
保温
1h
，最后调节至
95℃
回流搅拌7～
9h。6.
根据权利要求2所述的一种高离子交换容量弱碱阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于：步骤
S5
中，采用甲苯作为溶胀剂，胺化试剂为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆，杨钰莹，张子昂，双陈冬，李爱民，周伟伟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：