CN101898126A - 一种重金属离子吸附载体及其制备方法 - Google Patents

一种重金属离子吸附载体及其制备方法 Download PDF

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林金友
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本发明提供了一种重金属离子吸附载体及其制备方法。所述的重金属离子吸附载体，其特征在于，由无机纳米多孔二氧化钛纤维膜组成。其制备方法，其特征在于，具体步骤为：将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可溶性钛盐，搅拌形成均一溶液；将该溶液在室温下进行静电纺丝，将静电纺丝所制备的纤维直接沉积到接收材料上得到纤维膜；将纤维膜在1-10MPa压力、90-120℃下，时间为20-60分钟热压处理，随后进行400-500℃煅烧，除去纤维中的有机成分得到无机纳米多孔二氧化钛纤维膜，用作重金属离子吸附载体。本发明的优点是对重金属离子具有较好的吸附效果。

Description

一种重金属离子吸附载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种重金属离子吸附载体及其制备方法，属于纺织新材料应用领域。
背景技术
随着工业的迅速发展，工业生产过程中排放的废弃物，日益危害着人们的生活健康，尤其是工业和矿山废水废渣的大量排放。这些废弃物中含有重金属，造成了地表水体的严重污染。重金属一旦进入环境，不能被生物降解，可长期潜伏在环境中并随着食物链进入人体，在人体内蓄积，造成各种疾病和功能紊乱，危害人体的健康。
现有很多方法，例如沉淀法、电浮选法、反渗透法等，以及离子交换树脂法等都可以用来去除工业废水和矿山废水的重金属离子，但成本过高。利用包括农业废弃物在内的生物材料作为重金属离子的吸附材料成为研究的重点，这种吸附材料不但经济实惠，而且效果显著。近年来，国内外很多科研工作者对农副产品或农业废弃物进行一定的改性，研制出一些不同的吸附剂。所有的这些材料中都是由于包含有一些特殊的官能团，这些官能团的存在强化了上述改性材料对重金属的吸附。但这些材料具有吸附效率低的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高吸附效率的重金属离子吸附载体及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种重金属离子吸附载体，其特征在于，由无机纳米多孔二氧化钛纤维膜组成。
本发明还提供了上述重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步、将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可溶性钛盐，搅拌形成均一溶液；
第二步、将第一步得到的溶液在室温下进行静电纺丝，将静电纺丝所制备的纤维直接沉积到接收材料上得到纤维膜；
第三步、将第二步得到的纤维膜在1-10MPa压力、90-120℃下，时间为20-60分钟热压处理，随后进行400-500℃煅烧，除去纤维中的有机成分得到无机纳米多孔二氧化钛纤维膜，用作重金属离子吸附载体。
所述第一步中的疏水性聚合物优选为乙基纤维素、醋酸纤维素酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、玉米醇溶蛋白、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯、聚羟基戊酸酯或聚酰胺。
所述第一步中的溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，甲苯，环己烷以及六氟异丙醇中的一种或两种混合物。
所述第一步中的二氧化钛纳米颗粒的粒径为10-100纳米。
所述第一步中的可溶性钛盐为四异丙氧基钛。
纳米材料尤其是尺度在100纳米以下，属于原子簇和宏观物体交界的过度状态，具有一系列的新异的物理化学特性，使其在许多领域得到广泛应用。无机纳米多孔二氧化钛纤维膜，是由直径在100-500纳米范围内的无机纳米多孔二氧化钛纤维随机堆砌而成的无纺布，纤维本身拥有1-100纳米的孔道及微小纤维组成，使得纤维具有比普通实心纤维高几个数量级的比表面积。由于纳米材料的尺寸效应，使得二氧化钛纤维材料表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，因而具有较高的化学活性。由于其表面原子能够与金属离子以静电作用等方式相结，因此二氧化钛纤维对一些金属离子具有很强的吸附能力，并且在较短的时间内即可达到吸附平衡；同时，由于其比表面积非常大，因而无机纳米多孔二氧化钛纤维具有比一般的吸附材料更大的吸附容量。
本发明的优点是：对重金属离子具有较好的吸附效果。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例1
第一步，将聚醋酸乙烯酯(Mn 500000)溶解于二甲基甲酰胺中，配制成浓度为11.5％的溶液(以质量百分数计算)；然后将1克异丙氧基钛和0.5克乙酸添加到5克预先配制好的聚醋酸乙烯酯溶液中，搅拌形成均一溶液。
第二步，将第一步制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为17千伏，纤维接收距离为16厘米，溶液注射速度为1.5毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到铜网上得到纤维膜。
第三步，将第二步制备好的纤维膜加热到120℃，并保持30分钟，然后施加8MPa的压力；然后将制备好的纤维膜在马弗炉中500℃下煅烧一个小时。
将制备的1克无机纳米多孔二氧化钛纤维膜放入5升含有200ppm铅离子的溶液中，使用纳米多孔二氧化钛纤维膜吸附剂后，铅离子的浓度下降到22pmm.
实施例2
第一步，将乙基纤维素(Mn 97000)溶解于二甲基甲酰胺/四氢呋喃(质量比3/1)溶液中，配制成浓度为9％的溶液(以质量百分数计算)；然后将2克二氧化钛纳米颗粒(粒径为10-100纳米，阿拉丁网商品形式购买)添加到20克乙基纤维素溶液中，搅拌形成均一溶液。
第二步，将第一步制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为18千伏，纤维接收距离为15厘米，溶液注射速度为2毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到铜网上得到纤维膜。
第三步，将第二步制备好的有机/无机二氧化钛杂化纤维加热到120℃，并保持20分钟，然后施加1MPa的压力；然后将制备好的纤维膜在马弗炉中400℃下煅烧一个小时。
将制备的1克无机纳米多孔二氧化钛纤维膜放入5升含有200ppm铜离子的溶液中，使用纳米多孔二氧化钛纤维膜吸附剂后，铜离子的浓度下降到40pmm.
实施例3
第一步，将聚丁二酸丁二醇酯(Mn 20000)溶解于二氯甲烷/三氯甲烷(质量比3/1)溶液中，配制成浓度为12％的溶液(以质量百分数计算)；然后将2克二氧化钛纳米颗粒(粒径为10-100纳米，阿拉丁网商品形式购买)添加到20克乙基纤维素溶液中，搅拌形成均一溶液。
第二步，将第一步制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为20千伏，纤维接收距离为15厘米，溶液注射速度为2毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到铜网上得到纤维膜。
第三步，将第二步制备好的有机/无机二氧化钛杂化纤维加热到90℃，并保持60分钟，然后施加10MPa的压力；然后将制备好的纤维膜在马弗炉中500℃下煅烧一个小时。
将制备的1克无机纳米多孔二氧化钛纤维膜放入5升含有200ppm铅离子的溶液中，使用纳米多孔二氧化钛纤维膜吸附剂后，重金属离子铅的浓度下降到30pmm。
其它实施例不同在于制备无机纳米多孔二氧化钛纤维膜中所使用聚合物不同。
实施例4
第一步，将玉米醇溶蛋白(Mn 2000)溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，配制成浓度为20％的溶液(以质量百分数计算)；然后将5克二氧化钛纳米颗粒(粒径为10-100纳米，阿拉丁网商品形式购买)添加到20克玉米醇溶蛋白溶液中，搅拌形成均一溶液。
第二步，将第一步制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为20千伏，纤维接收距离为15厘米，溶液注射速度为2毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到铜网上得到纤维膜。
第三步，将第二步制备好的有机/无机二氧化钛杂化纤维加热到150℃，并保持60分钟，然后施加10MPa的压力；然后将制备好的纤维膜在马弗炉中500℃下煅烧一个小时。
将制备的1克无机纳米多孔二氧化钛纤维膜放入5升含有250ppm铅离子的溶液中，使用纳米多孔二氧化钛纤维膜吸附剂后，重金属离子铅的浓度下降到28pmm。
其它实施例不同在于制备无机纳米多孔二氧化钛纤维膜中所使用聚合物不同。
实施例5
第一步，将聚乳酸(分子量150kg/mol)溶解于二氯甲烷/三氯甲烷(质量比3/1)溶液中，配制成浓度为12％的溶液(以质量百分数计算)；然后将2克二氧化钛纳米颗粒(粒径为10-100纳米，阿拉丁网商品形式购买)添加到20克聚乳酸溶液中，搅拌形成均一溶液。
第二步，将第一步制备好的溶液在室温下进行静电纺丝，所采用的纺丝条件为电压为25千伏，纤维接收距离为15厘米，溶液注射速度为1.5毫升/小时，静电纺丝所制备的纤维直接沉积到铜网上得到纤维膜。
第三步，将第二步制备好的有机/无机二氧化钛杂化纤维加热到150℃，并保持60分钟，然后施加10MPa的压力；然后将制备好的纤维膜在马弗炉中500℃下煅烧一个小时。
将制备的1克无机纳米多孔二氧化钛纤维膜放入5升含有300ppm铅离子的溶液中，使用纳米多孔二氧化钛纤维膜吸附剂后，重金属离子铅的浓度下降到25pmm。
其它实施例不同在于制备无机纳米多孔二氧化钛纤维膜中所使用聚合物不同，使用如权利要求书所述的聚合物和单一溶剂或混合溶剂。

Claims (6)

1.一种重金属离子吸附载体，其特征在于，由无机纳米多孔二氧化钛纤维膜组成。
2.权利要求1所述的重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步、将疏水性聚合物溶解于溶剂中，添加二氧化钛纳米颗粒或可溶性钛盐，搅拌形成均一溶液；
第二步、将第一步得到的溶液在室温下进行静电纺丝，将静电纺丝所制备的纤维直接沉积到接收材料上得到纤维膜；
第三步、将第二步得到的纤维膜在1-10MPa压力、90-120℃下，时间为20-60分钟热压处理，随后进行400-500℃煅烧，除去纤维中的有机成分得到无机纳米多孔二氧化钛纤维膜，用作重金属离子吸附载体。
3.如权利要求2所述的重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性聚合物优选为乙基纤维素、聚丙烯腈、聚苯乙烯、玉米醇溶蛋白、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯、聚羟基戊酸酯或聚酰胺。
4.如权利要求2所述的重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，所述第一步中的溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，甲苯，环己烷以及六氟异丙醇中的一种或两种混合物。
5.如权利要求2所述的重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，所述第一步中的二氧化钛纳米颗粒的粒径为10-100纳米。
6.如权利要求2所述的重金属离子吸附载体的制备方法，其特征在于，所述第一步中的可溶性钛盐为四异丙氧基钛。
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