[01220222]聚烯丙基胺硅胶功能材料的制备技术

1 任务来源 2011年河南省重点科技攻关计划项目,“新型聚烯丙基胺硅胶功能材料的制备工艺及关键技术（112102210237）”。 2 应用领域和技术原理 应用领域： 本项目开发的新型聚烯丙基胺硅胶功能材料（PAA/SiO2材料）具有机械强度大,不溶胀,具有功能基团的浓集效应和特定表面结构、高比表面积及优良的机械稳定性,可与低浓度重金属离子鳌合而显示出优良的吸附性能,特别是PAA/SiO2材料和固相吸附分离（SPS）技术相结合,使得其有可能大规模地应用于环境保护、矿山、水处理等领域。 技术原理： 聚胺硅胶功能材料是一类利用硅胶表面硅醇基团进行偶联、接枝与功能基转换反应而制成的功能高分子吸附材料。材料制备过程包括硅胶酸洗、硅胶水合、硅胶硅烷化、和表面接枝改性等过程,每个过程原理为通过硅胶酸洗去除硅胶表面金属离子和增加表面硅羟基含量;硅胶水合是通过物理吸附的方法在硅胶表面负载单层水膜,为表面烷基化反应提供反应界面;硅胶硅烷化是控制偶联剂在硅胶表面的水解和缩聚,在硅胶表面生成单层含氯官能团的有机高聚物层;表面接枝改性是通过取代反应把聚烯丙基胺等胺基修饰剂接枝硅胶表面。 本课题以硅胶投料量为基准,进行PAA/SiO2材料的合成研究,主要内容包括： （1） 通过正交实验和条件实验确定PAA/SiO2材料制备工艺和条件; （2） 进行PAA/SiO2材料中间实验,获得在更大实验规模时的制备工艺条件,同时还要考察设备情况、原料消耗定额及公用工程成本,确定各工段操作控制指标; （3） 聚烯丙基胺硅胶功能材料吸附性能研究; （4） 提高聚胺硅胶材料的胺基含量,合成新型聚烯丙基胺硅胶功能材料（PAA-EDA/SiO2）。 3 性能指标 预期达到的技术指标为： 外观： 白色颗粒 总交换容量（氨基含量）：＞2mmol/g 粒度（目）：40～60,60～80 pH操作范围： 1～13 密度（Kg/m3）：500～600 操作温度：＜110℃ 4 与国内外同类技术比较 目前的研究关注于聚胺硅胶材料的合成工艺和产品性能测定,更侧重于实验室研究。本项目研究了PAA/SiO2材料制备工艺和工艺条件、进行了中间试验。确定了规模生产时合成PAA/SiO2材料的工艺参数和技术指标,尤其确定了水合硅胶的控制方法和指标,以及通过两步法制备高交换容量的新型聚胺硅胶材料,所获得的技术成果促进了PAA/SiO2材料工业化,这些工作国内外未见报道。 因此,本项目成果在该领域具有独创性,具有国内领先水平。 5 成果的创造性、先进性 本项目确定了聚烯丙基胺硅胶材料的合成工艺,筛选了制备工艺条件,进行放大实验,考察了制备过程的放大效应。所获的成果的创造性和先进性主要体现在以下方面： （1）改进合成工艺,采用密闭恒温吸附法或通过露点控制的固定床水合法,确定了合成过程的中间物料技术指标的控制问题,为该材料规模化生产提供了生产控制依据。 （2）采用在烷基化硅胶表面先聚烯丙基胺表面接枝后乙二胺反应的两步反应法合成新型聚烯丙基胺硅胶材料（PAA-EDA/SiO2）,通过不同修饰剂分子量的差异,合成总交换容量（胺基含量）大于2mmol/g的新型材料。 6 推广应用的范围及存在的问题和改进意见 PAA/SiO2材料是一类新型吸附剂,具有对特定金属离子选择性好、再生收缩率低,吸附柱操作时背压小,使用寿命长等特点,可在一些特殊场合取代国外类似产品;特别是聚胺硅胶材料和固相吸附分离（SPS）技术相结合,使得其有可能大规模地应用于环境保护、矿山和水处理等领域。 目前,PAA/SiO2材料生产采用的表面修饰剂为聚烯丙基胺,原料价格昂贵,原料循环利用和寻找廉价修饰剂取代部分PAA原料是控制产品成本的关键,因此PAA/SiO2材料生产过程要考虑反应母液回收和综合利用的问题,以及廉价修饰剂的选取,这需要在应用中不断完善。