一種煤基改性高分子發泡材料的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子材料改性合成領域，涉及煤基改性高分子的制備，特別涉及一種煤基改性高分子發泡材料的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]中國每年大約有1.6億立方米染料廢水排放到水體中，這些廢水被排放到自然水體中，具有溶解度高、色度高、難降解和高毒性等特點。染料和印染行業的廢水是重要的水體污染源之一，被染料污染的水體不僅影響水生植物的生理過程，還威脅人類的健康，因此，染料廢水處理現已成為一個世界性的難題。這些染料的分子結構十分穩定，抗光解、抗氧化和抗微生物分解，使污水處理十分困難，故當今國內外對尋找穩定、高效的新型吸附劑十分重視。
[0003]聚氨酯具有優異的物理機械性能，耐水耐酸堿腐蝕、強度高等特點的高分子材料。聚氨酯海綿狀泡沫是孔孔相連的多孔材料，其體積密度小、比表面積大、吸附效率高，其廣泛應用于催化劑載體、油水分離、污水凈化、血漿的過濾等方面。
[0004]我國煤炭雖儲量豐富，但其為不可再生能源，加強煤的有效轉化和高附加值利用是煤炭綜合利用的新方向。煤是具有大分子網狀結構的材料，比表面積高，同時具有多孔性，煤制聚合物復合材料是直接將煤作為分散相，通過對煤進行超細粉碎、表面改性及與高分子材料共混處理，制備的具有較高強度、韌性的復合材料。將其作為填料與PU多孔材料復合有望將二者的優點集于一體，不僅能夠賦予復合材料優異的力學性能，而且還因煤具有高比表面積和多孔性而增加多孔材料的比表面積提高吸附能力。在水處理中，為染料的污染處理和煤的高附加值利用提供新思路。
[0005]該法在染料廢水處理方面應用還較少，但其具有普遍性、高效性、節能性、環保性等諸多優點，是一種有著廣泛應用前景的污染物去除方法。目前研究的主要成果為:
(I)環境科學與技術，2009,32(2):125-129,報道了超細粉煤灰對水中偶氮染料甲基橙的吸附性能和機理，探索粉煤灰資源化利用的新途徑。結果表明:粉煤灰超細后吸附性能更加優越，最佳吸附條件:反應時間為120min，吸附劑用量為0.7g，吸附pH為2，超細粉煤灰具有較好的吸附效果，吸附性能明顯優于原粉煤灰，但是該物質在吸附后不易分離。
[0006](2)化工進展，2015，34(8):3173-3178，報道了三種超微煤粉對水溶液中Ni2+和Cr6+的吸附動力學與熱力學以及投加量與pH值對吸附效果的影響，結果表明:三種煤粉對Ni2+、Cr6+的吸附量均隨時間的增加而增加，并且Ni2+的處理效果明顯好于Cr6+。三種煤粉對兩種重金屬離子的吸附均符合二級吸附動力學Freundlich等溫式，隨著投加量與pH值的增加，去除效果增加，在相同條件下，褐煤的吸附效果優于煙煤與無煙煤，但是吸附能力不是特別理想。
[0007](3)新疆大學，2013年碩士學位論文，研究了利用新疆沙爾湖煤及其他地區煤種為原料，通過干燥和低溫熱處理等方法制備煤基吸附劑，并將其用于模擬有機廢水的處理，探究去除效果。沙爾湖不粘煤395、褐煤400在不同粒徑下不經處理對甲基橙的吸附去除效果良好。褐煤400的最佳干燥處理條件為:粒徑200目，干燥溫度105°C，干燥時間45min，對甲基橙的去除率達到98.21%。最佳低溫熱處理條件為:粒徑90目，熱處理溫度200°C，熱處理時間1.5h，此條件下制備的煤基吸附劑，投加量為7g/100ml甲基橙模擬廢水，對甲基橙的吸附去除率達到97.77%，對苯酚去除率為76.30%。該種材料對染料有較高的吸附率，但是在進行吸附實驗后不易分離。
【發明內容】
[0008]針對煤粉在水處理方面的高效、節能、環境友好的特點，本發明公開了一步發泡法煤基改性高分子發泡材料的制備方法，并將所制備的煤基改性高分子發泡材料，應用于染料的吸附。
[0009]一種煤基改性高分子發泡材料的制備方法，先將煤進行預處理，然后將煤、聚醚多元醇NJ-330、發泡劑、泡沫穩定劑和催化劑室溫下混合攪拌，加入異佛爾酮二異氰酸酯后利用一步發泡法制得。
[0010]本發明所述的煤的預處理，其步驟包括:
將煤塊用粉碎機粉碎，過篩得到小于100目的煤粉將煤粉；
按照固液比為I g: 20mL的比例將煤粉置于濃度為0.02mol /L的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)溶液中，洗滌煤粉數次，再用去離子水充分洗滌至中性，移至IlOtC恒溫干燥箱中干燥，研磨得到純凈的煤粉。
[0011 ]本發明所述的一步發泡法制備步驟包括:
A、將經預處理后的煤粉、聚醚多元醇NJ-330、發泡劑、泡沫穩定劑有機硅油和催化劑二丁基二月桂酸錫(T-12)加入容器內，室溫下攪拌、混合均勻；
B、向上述體系迅速加入異佛爾酮二異氰酸酯(IF1DI)，均勾攪拌1s?7min，優選15s，當混合物中有氣泡出現，發白時停止攪拌，自由發泡；
C、待發泡結束，將其置于90?1200C烘箱中熟化2?4h，優選100 V熟化3h，取出冷卻，SP可制得煤基改性高分子發泡材料。
[0012]本發明所述發泡反應中各反應物的配比為:
預處理后煤粉的用量為聚醚多元醇NJ-330質量的1.2?12.7%，優選5.1%;
異佛爾酮二異氰酸酯的用量為煤粉和聚醚多元醇NJ-330總質量的13.3?34.3%，優選26.45%；
所選用的發泡劑可以是碳酸氫鈉或正己烷，優選碳酸氫鈉，其用量為煤粉和聚醚多元醇NJ-330總質量的7.22?24.67%，優選9.51%；
泡沫穩定劑有機硅油的用量為煤粉和聚醚多元醇NJ-330總質量的4.81?9.98%，優選6.18%；
催化劑二丁基二月桂酸錫(T-12)的用量為煤粉和聚醚多元醇NJ-330總質量的0.67?1.01%，優選 0.85%。
[0013]根據本發明所述方法制備得到的煤基改性高分子發泡材料，可將其應用于廢水中染料的吸附。
[0014]本發明以燦爛綠模擬廢水中染料進行吸附試驗。
[0015]染料的吸附實驗燦爛綠染料的吸附實驗和吸附率計算:在25mL比色管中，加入含燦爛綠染料水溶液，再加入一定量的煤基改性高分子發泡材料作為吸附劑，振蕩，于室溫下靜態吸附，直至吸附平衡，將吸附后的溶液離心分離，取上清液，在燦爛綠的最大吸收波長(623nm)處，測定吸光度，并依照公式(I)計算吸附率(D)。
[0016]D(%)=(Ao-At)/Ao X100% (I)
式中:Ao為無吸附劑的燦爛綠溶液的吸光度;At為放置吸附劑后燦爛綠的吸光度。
[0017]本發明所用的煤，采自北京房山煤礦；乙二胺四乙酸二鈉、碳酸氫鈉、正己烷、二丁基二月桂酸錫(T-12)，國藥集團化學試劑有限公司；聚醚多元醇NJ-330，句容市寧武化工有限公司；燦爛綠，上海溶溶化工有限公司；異佛二酮二異氰酸酯(iroi)，瑞士 PERST0P公司。
[0018]有益效果
本發明將煤進行預處理，然后將煤粉、聚醚多元醇NJ-330、發泡劑、泡沫穩定劑和催化劑室溫下混合攪拌，然后加入異佛爾酮二異氰酸酯利用一步發泡法制得煤基改性高分子發泡材料。將所制得的煤基改性高分子發泡材料作為吸附劑，以燦爛綠溶液為吸附對象，試驗顯示該發泡材料具有較好的吸附和去除效果。將該發泡材料應用于處理污水中的染料，具有操作簡單、吸附率高的特點，有一定的實用價值。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對本發明進行詳細說明，以便本領域的技術人員更好地理解本發明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0020]煤的預處理
將煤塊用粉碎機粉碎，過篩得到小于100目的煤粉；
將5g煤粉置于500ml燒杯中，用配制好的濃度為0.02mo VL的10mlEDTA溶液洗滌煤粉數次，再用去離子水充分洗滌至中性，移至110°C恒溫干燥箱中干燥，研磨得到純凈的煤粉。
[0021]實施例1
(1)室溫下將0.12g煤粉和1g聚醚多元醇(NJ-330)加入塑料杯中，用電動攪拌機混合均勾，再加入0.9g碳酸氫鈉、0.6g有機娃油、0.09g 二丁基二月桂酸錫(T-12)，于室溫下攪拌混合均勻；
(2)迅速加入2.22g異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)于塑料杯中，均勻攪拌10s，當混合物中出現氣泡，發白時停止攪拌，自由發泡，再將其置于90°C烘箱中熟化3h，得到煤基改性高分子發泡材料(C/PU-1);
(3)將染料廢水溶液加入到25mL比色管中，再加入C/PU-1發泡材料作為吸附劑，振蕩，于室溫下靜態吸附，將其用于燦爛綠廢水溶液的吸附，測得吸附率在65.34?90.47%之間。
[0022]實施例2
(1)室溫下將0.38g煤粉和1g聚醚多元醇(NJ-330)加入到塑料杯中，用電動攪拌機混合均勻，再加入0.75g碳酸氫鈉、0.5g有機硅油、0.07g 二丁基二月桂酸錫(T-12)，于室溫下攪拌混合均勻；
(2)迅速加入1.67g異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)于塑料杯