一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法及应用

本发明涉及地表水重金属去除中重金属吸附材料领域，具体涉及一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，地表水重金属污染已成为一个不容忽视的问题。重金属污染物不同于其他有机污染物，其通常以溶解态存在于地表水中，且不可降解，极易在水环境中积累，并随着食物链不断生物积累，生物放大，最终会对环境及各类生物造成极大的危害，因此重金属离子被认为是水环境中最为广泛的污染物之一。因此，实现高效控制水环境中的重金属含量是尤为重要的。目前工业废水排入地表水的最为常见重金属离子包括cu2+、zn2+、pb2+和cd2+等，其中cu2+的毒性强烈极易在生物体内富集，能损害免疫系统，对人体肝脏和大脑有显著的负面影响。因此，如何高效快速的去除地表水中cu2+值得思考。

2、常见的重金属离子去除方法包括离子交换、化学沉淀法、生物法、膜过滤法和吸附法。其中，吸附法因其操作方便、经济高效而得到广泛应用。然而，传统吸附材料如生物炭，海泡石，沸石等对重金属离子的吸附位点有限，导致吸附容量低，吸附耗时长，吸附过程中几乎没有选择性。尽管近几年出现了一些新的吸附材料，如共价有机框架和金属有机框架等，但材料的整体合成和制备过程存在原材料昂贵，合成过程复杂等缺陷。因此，开发一种高效具有选择性吸附能力，且成本低廉的吸附材料是实现地表水中重金属污染精准防控的关键。

3、2-甲基丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate，hema)单体具有价格低廉，化学稳定性、优异的生物相容性和无毒性等优点，在生物医学领域得到了广泛应用。hema中携带的羟基官能团使其具有亲水性，易于与其他单体共聚，对水中污染物具有良好的吸附性能。结合此优势，将一些官能团特异性的接枝到单体上，以此为基础设计一种合成工艺简单，成本低廉，且对重金属吸附高效性和选择性的吸附材料，并应用于地表水和工业废水中重金属的去除领域，实现重金属污染的精准高效防控。

技术实现思路

1、本发明目的第一方面是提供了一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法及应用，该方法合成工艺简单，反应条件温和，原料hema成本低廉易得，易于接合改性，所制备的吸附剂对重金属具有高效吸附性和高选择性。

2、第一方面，本发明提供一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：

3、s1：将2-甲基丙烯酸羟乙酯、n,n-二甲基甲酰胺和过氧化苯甲酰，依次加入到反应容器，在水浴60-80℃条件下，密封反应1h-2h，得到反应液；

4、s2：向步骤s1所得反应液中加异氰酸酯，反应得到聚合物a；

5、s3：向步骤s2所得反应液中加入乙二胺，反应得到聚合物b；

6、s4：向步骤s3所得聚合物b中加入2，3-二巯基丁二酸，45℃-65℃温度下密封搅拌反应2h-5h，得到最终的吸附材料。

7、作为优选，步骤s1中，过氧化苯甲酰相对于n,n-二甲基甲酰胺的用量为10/9g/l～2.5g/l；步骤s2中异氰酸酯相对于n,n-二甲基甲酰胺的用量为1/15l/l～1/6l/l。

8、作为优选，步骤s1中的反应条件为：60℃-80℃温度下，以160r/min-180r/min的搅拌速率，搅拌反应2h-5h。

9、作为优选，步骤s3中的反应条件为：降温至50℃-70℃，以180r/min-200r/min的搅拌速率，搅拌反应3h-6h。

10、作为优选，步骤s4中反应完成后进行后处理。后处理的过程为：反应液冷却后，抽滤，用n,n-二甲基甲酰胺和去离子水洗涤产物，所得固体产物在烘箱中烘干，烘箱温度为60℃-90℃。

11、作为优选，步骤s1至步骤s3均在密封环境中反应。

12、作为优选，步骤s1中投加的2-甲基丙烯酸羟乙酯、步骤s3中投加的乙二胺、步骤s4中投加的2，3-二巯基丁二酸的物质的量之比为(1～3):(1～3):(1～3)。

13、第二方面，本发明提供一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料，其通过前述的制备方法制得。

14、第三方面，本发明提供前述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料在重金属离子的工业废水和地表水污染处理中的应用。

15、作为优选，所述的重金属离子为cu2+。

16、与现有技术相比，本发明展示出显著优势：

17、1.本发明采用2-甲基丙烯酸羟乙酯作为结构单体，该单体具有的羟基官能团赋予了其出色的亲水性和优良的共聚能力，从而极大地提升了对水中污染物的吸附效果。

18、2.本发明通过特异性地引入乙二胺和2，3-二巯基丁二酸，本发明在吸附材料上成功地引入了胺基、巯基和羧基三种官能团，这一设计不仅增强了材料对重金属离子cu2+的吸附效率和选择性，也显著提高了吸附速度。

19、3.本发明的吸附材料能够适应从高浓度工业废水到低浓度重金属污染的地表水等不同污染环境。该吸附材料的制备方法步骤简便，反应条件温和，使用的原料既经济又容易获取，整个合成过程安全无需特殊设备，极具应用前景和推广价值。

技术特征：

1.一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，过氧化苯甲酰相对于n,n-二甲基甲酰胺的用量为10/9g/l～2.5g/l；步骤s2中异氰酸酯相对于n,n-二甲基甲酰胺的用量为1/15l/l～1/6l/l。

3.根据权利要求1所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中的反应条件为：60℃-80℃温度下，以160r/min-180r/min的搅拌速率，搅拌反应2h-5h。

4.根据权利要求1所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s3中的反应条件为：降温至50℃-70℃，以180r/min-200r/min的搅拌速率，搅拌反应3h-6h。

5.根据权利要求1所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s4中反应完成后进行后处理。后处理的过程为：反应液冷却后，抽滤，用n,n-二甲基甲酰胺和去离子水洗涤产物，所得固体产物在烘箱中烘干，烘箱温度为60℃-90℃。

6.根据权利要求1所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s1至步骤s3均在密封环境中反应。

7.根据权利要求1所述的官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中投加的2-甲基丙烯酸羟乙酯、步骤s3中投加的乙二胺、步骤s4中投加的2，3-二巯基丁二酸的物质的量之比为(1～3):(1～3):(1～3)。

8.一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料，其特征在于：通过如权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料在重金属离子的工业废水和地表水污染处理中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的重金属离子为cu2+。

技术总结本发明公开了一种多官能团修饰的高效选择性重金属吸附材料的制备方法及应用。该制备方法人如下：使用2‑甲基丙烯酸羟乙酯作为合成单体，与过氧化苯甲酰和异氰酸酯反应合成中间聚合物，之后加入乙二胺和2,3‑二巯基丁二酸，以此在中间聚合物的基础上接合多种官能团，得到最终吸附材料。本发明采用2‑甲基丙烯酸羟乙酯作为结构单体，该单体具有的羟基官能团赋予了其出色的亲水性和优良的共聚能力，从而极大地提升了对水中污染物的吸附效果。此外，本发明的制备方法简单，合成条件温和，合成原料绿色成本低廉，所得的吸附材料可应用于高浓度重金属污染工业废水或低浓度重金属污染地表水，其可高效、快速且具选择性的对Cu<supgt;2+</supgt;实现吸附。技术研发人员：张高翔,黄飞宇,伍文聪,周浩,吴兴飞,罗彩微受保护的技术使用者：丽水学院技术研发日：技术公布日：2024/11/4