【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污染物处理，具体涉及胺氟双功能化水凝胶吸附剂及其制备与应用。
技术介绍
1、全氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,pfas)是一类在20世纪40年代末被人工合成的新型有机氟化物，由疏水性全氟烷基链和亲水离子头部组成。由于其兼具疏水、疏油性质及高稳定性，自成功合成以来就被广泛应用于各行各业，比如纺织、润滑、表面活性剂、食品包装、不粘涂层、电子产品、灭火泡沫等领域，造成了严重的环境污染。
2、近年来，越来越多研究将目光聚集在具有胺化结构的材料，胺化吸附材料可以通过电子的重排效应增加材料对pfas的静电吸附作用，有望实现对pfas的选择性吸附。
3、公开号为cn115386136a的专利公开了一种具有多孔结构且高比表面积的胺化聚丙烯酰胺泡沫吸附剂，其表面的胺化基团可以增加对全氟化合物的静电吸附作用。但基于静电吸附的胺基容易受水中共存阴离子(如硝酸根、氯离子、硫酸根)的影响，且胺基吸附剂不具备特异性吸附官能团结构，因而导致无法实现选择性吸附，导致吸附效率和吸附容量下降。
4、因而，获得一种能高效选择吸附的pfas吸附剂是当前关键所在。
技术实现思路
1、本专利技术是为了克服现有技术中胺化吸附剂中的胺基受到水中共存阴离子的影响无法实现选择性吸附的缺陷，提供了胺氟双功能化水凝胶吸附剂及其制备与应用以克服上述缺陷。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技
4、本申请在现有的胺化吸附剂的基础上，引入疏水氟链结构来提升吸附剂对pfas的靶向吸附能力，解决水中共存阴离子的干扰问题。
5、具体地，将季铵盐烯类单体作为亲水单体，含氟烯类单体作为疏水单体，在自由基聚合过程中存在亲疏水交替聚合特性，避免了聚合过程中单体的过度团聚，最终与中药渣纤维素形成的水凝胶具有分散的纤维束网络。这一聚合特性促使胺氟双功能化水凝胶吸附剂生成了高度分散的多孔互穿网络结构，同时在自由基聚合过程中大量的n、f负载交缠进入了多孔互穿网络结构，使得最终获得的吸附剂具有大量的胺化位点和氟化位点。更为重要地是，两种单体没有因亲疏水性差异出现分层，而在合成过程中发生同步聚合，形成了位点分布均匀、多孔的双网络凝胶结构。
6、合成得到的胺氟双功能化水凝胶吸附剂独有的亲水胺、疏水氟双网络互穿的多孔结构，强化了水传输和pfas分子传质速率。而丰富的胺化、氟化位点密度为pfas靶向吸附提供了足够的锚定位点。此外，通过结合pfas分子结构特征导向性构筑的胺氟双功能位点，可实现胺化位点和氟化位点分别抓取pfas分子的阴离子氧端和碳氟链端，最终实现pfas在水中的高效选择性去除。
7、进而，对胺氟双功能化水凝胶吸附剂孔径进行测定发现，其孔径为纳米级，主要分布在4～24nm，呈现介孔级均匀分布特征；其纳米级介孔孔径可以帮助其获得更多与pfas接触的位点，结合凝胶基体的大孔特征，可促进pfas分子传输，实现快速选择性吸附。
8、此外，本申请人对吸附剂的吸附能力进行测定，结果发现：未掺杂f的胺化凝胶吸附剂，在去离子水中吸附能力略强于胺氟双功能化水凝胶吸附剂；而在自来水、湖水基质中，胺氟双功能化水凝胶吸附剂展现出更强的吸附能力和更高的吸附容量。这说明，氟链的引入能有效解决水中共存阴离子的干扰问题；在面对实际应用中的复杂水体，胺氟双功能化水凝胶吸附剂因其具有的特殊结构和位点作用，可以实现真正地高效选择性吸附。
9、综上，本申请所提供的制备方法可合成得到孔隙较小且具有双网络互穿的多孔结构，为pfas与吸附剂提供了更多的接触空间，且多孔互穿结构可在胺氟双功能位点的作用下选择性截留pfas，实现更好更快的pfas吸附。
10、优选地，所述含氟烯类单体为甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸1h,1h,5h-八氟戊酯、甲基丙烯酸1h,1h,2h,2h-九氟己酯或甲基丙烯酸2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酯。
11、优选地，所述季铵盐烯类单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
12、优选地，所述含氟烯类单体中氟含量、所述季铵盐烯类单体中氮含量、所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵之间的摩尔比为4～18：2～6：0.065～0.195：0.022～0.088，所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺与所述中药渣纤维素分散液的摩尔体积比为0.065～0.195mmol：1～3ml。
13、进一步优选地，所述含氟烯类单体中氟含量、所述季铵盐烯类单体中氮含量、所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵之间的摩尔比为5～10：3～6：0.13～0.18：0.03～0.07。
14、进一步优选地，所述含氟烯类单体中氟含量、所述季铵盐烯类单体中氮含量、所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵之间的摩尔比为9：4：0.1365：0.044。
15、进一步优选地，所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺与所述中药渣纤维素分散液的摩尔体积比为0.13～0.18mmol：2ml。
16、优选地，所述加热反应的温度为60～80℃，所述加热反应的时间为2～6h。
17、进一步优选地，所述加热反应的温度为70℃，所述加热反应的时间为4h。
18、优选地，所述溶胀时间为1～3h，所述干燥的温度为50～80℃，所述干燥的时间为24～72h。
19、进一步优选地，所述溶胀时间为2h，所述干燥的温度为60℃，所述干燥的时间为36h。
20、优选地，所述中药渣纤维素分散液的制备方法包括：中药渣废弃物、过硫酸氢钾和水加热发生氧化反应，随后停止加热并用水稀释、洗涤得到中药渣纤维素，分散于二甲基甲酰胺得到中药渣纤维素分散液。
21、优选地，所述中药渣废弃物为赤芍药渣和/或石菖蒲药渣，所述中药渣废弃物干重与所述过硫酸氢钾的质量比为1:5～20:100，所述加热的温度为20～100℃，所述加热的时间为2～48h。
22、优选地，用水稀释10倍。
23、优选地，分散方式为超声分散。
24、本专利技术还提供了上述制备方法制得的胺氟双功能化水凝胶吸附剂。
25、优选地，所述胺氟双功能化水凝胶吸附剂具有亲水胺、疏水氟双网络互穿的多孔结构。
26、对胺氟双功能化水凝胶吸附剂孔径进行测定发现，其孔径为纳米级，主要分布在4～24nm。
27、本专利技术还提供了所述胺氟双功能化水凝胶吸附剂在选择性吸附全氟化合物上的应用。
28、因此，本专利技术具有以下有益效果：
29、(1)本申请通过引入季铵盐烯类单体作为亲水单体，含氟烯类本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种胺氟双功能化水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：含氟烯类单体、季铵盐烯类单体、中药渣纤维素分散液、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合搅匀，依次进行加热反应、去离子水溶胀、干燥，获得胺氟双功能化水凝胶吸附剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氟烯类单体为甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸1H,1H,5H-八氟戊酯、甲基丙烯酸1H,1H,2H,2H-九氟己酯或甲基丙烯酸2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述季铵盐烯类单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
4.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，所述含氟烯类单体中氟含量、所述季铵盐烯类单体中氮含量、所述N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵之间的摩尔比为4～18：2～6：0.065～0.195：0.022～0.088，所述N,N′-亚甲基双丙烯酰胺与所述中药渣纤维素分散液的摩尔体积比为0.065～0.195mmol：1～3mL。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶胀时间为1～3h，所述干燥的温度为50～80℃，所述干燥的时间为24～72h。
7.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，所述中药渣纤维素分散液的制备方法包括：中药渣废弃物、过硫酸氢钾和水加热发生氧化反应，随后停止加热并用水稀释、洗涤得到中药渣纤维素，分散于二甲基甲酰胺得到中药渣纤维素分散液。
8.如权利要求1～7之一所述的制备方法制得的胺氟双功能化水凝胶吸附剂。
9.如权利要求8所述的胺氟双功能化水凝胶吸附剂，其特征在于，所述胺氟双功能化水凝胶吸附剂具有亲水胺、疏水氟双网络互穿的多孔结构。
10.如权利要求8或9所述的胺氟双功能化水凝胶吸附剂在选择性吸附全氟化合物上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种胺氟双功能化水凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：含氟烯类单体、季铵盐烯类单体、中药渣纤维素分散液、n,n′-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合搅匀，依次进行加热反应、去离子水溶胀、干燥，获得胺氟双功能化水凝胶吸附剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氟烯类单体为甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸1h,1h,5h-八氟戊酯、甲基丙烯酸1h,1h,2h,2h-九氟己酯或甲基丙烯酸2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述季铵盐烯类单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
4.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，所述含氟烯类单体中氟含量、所述季铵盐烯类单体中氮含量、所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺、所述过硫酸铵之间的摩尔比为4～18：2～6：0.065～0.195：0.022～0.088，所述n,n′-亚甲基双丙烯酰胺与所述中药渣纤维素分散液的...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗金明，付开星，黄金晶，吕春雨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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