CN101979421A

CN101979421A - 一种镍离子高选择性吸附树脂的制备方法

Info

Publication number: CN101979421A
Application number: CN 201010531624
Authority: CN
Inventors: 何盈盈; 葛媛; 王晓昌
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-02-23

Abstract

本发明公开了一种镍离子高选择性吸附树脂及其制备方法，制得的树脂由以下原料及其质量百分比组成：催化剂：8~12%；苯酚：45~55%；甲醛：30~40%；交联剂：3~7%；上述原料的质量百分比之和为100%。其制备方法：制备酚醛树脂；以硫酸镍溶液为模板分子，环氧氯丙烷为交联剂，升温至80~90℃，加热时搅拌30min，出料后烘干，研磨过筛；用洗脱剂洗脱至无镍离子检出，烘干得成品。本发明对镍离子溶液的吸附可达100%。当溶液中共存10mg/L的铜离子和镉离子，树脂对镍离子的吸附效果不受影响，而对Cu²⁺的吸附率不足5%，对Cd²⁺的吸附率不足15%，表现出非常高的Ni²⁺选择性吸附效果。用柠檬酸铵溶液对吸附的镍离子进行洗脱，洗脱回收效果良好。

Description

一种镍离子高选择性吸附树脂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸附树脂的制备方法，具体是一种镍离子高选择性吸附树脂的制备方法。

背景技术

酚醛型树脂由于具有原料易得、合成方法简单的优势，是一类应用最早且较广的高分子材料，它基于树脂中酚羟基的弱离解性，使其具有离子交换的能力，广泛用于水处理、医药工业和食品工业等领域。但由于作为功能基的酚羟基非常弱的离子交换性能，这类树脂的交换容量较小，对金属离子的选择性吸附效果差。近年来，为扩大该类树脂的应用范围，增加树脂吸附容量，增强其对金属离子的吸附选择性，发展出了酚醛型离子交换/螯合树脂，通过选择合适的具有反应活性位点的苯酚母核，将对金属离子具有良好吸附性能的螯合基团引入树脂中。这种方法利用了功能基团对金属离子的螯合作用，但由于一般功能基团对金属离子不具有特异性的螯合作用，故其选择性非常有限，除对配位能力较弱的碱金属离子吸附作用较差之外，对过渡金属或重金属都有吸附作用，从而给进一步的金属离子回收带来困难。镍是工业废水处理的对象物质之一，但在已有的技术中，还未发现对镍具有专一吸附性能的树脂。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种镍离子高选择性吸附树脂的制备方法，本发明利用分子印迹技术，在树脂合成过程中引入二价镍离子作为模板分子，使得到的树脂具有专一对镍离子吸附的位点。

本发明涉及的分子印迹技术的基本原理如下：当模板分子（印迹分子）与聚合物单体接触时，通过聚合过程将模板分子与聚合物单体之间的作用记忆下来，一旦聚合物形成，当模板分子除去后，聚合物中将出现与模板分子空间构型相匹配的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。

为了达到上述目标，本发明采用如下的技术解决方案：

一种镍离子高选择性吸附树脂，制得的该镍离子高选择性吸附树脂由以下原料及其质量百分比组成：催化剂：8%~12%；苯酚：45%~55%；甲醛：30%~40%；交联剂：3%~7%；上述原料的质量百分比之和为100%。

所述催化剂为质量分数为40%的NaOH溶液。

上述镍离子高选择性吸附树脂的制备方法，该方法以酚醛树脂为基体，合成对镍离子具有很高选择性吸附的树脂，包括如下步骤：

（a）将配方量的苯酚置于三口烧瓶中，加热至50℃熔融后加入催化剂配方量的70%，恒温搅拌20 min后，加入甲醛配方量的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，再加入剩余的催化剂，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛，加热升温至90℃后恒温搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；

（b）对步骤（a）得到的酚醛树脂，以10~50ml 摩尔浓度为0.1mol/L 的硫酸镍溶液为模板分子，以环氧氯丙烷为交联剂，加热升温至80℃~90℃，加热的同时持续搅拌30min，然后将所得物取出并在105℃下烘干，冷却至室温，研磨，过筛；

（c）用洗脱剂将步骤（b）研磨后的物质洗脱，至洗脱液中无镍离子检出，然后烘干得树脂成品。

所述步骤（b）过筛后得到树脂颗粒的粒径为1.5~2.0mm。

步骤（c）所述洗脱剂为0.05mol/L~0.1mol/L柠檬酸铵溶液。

本发明在制备过程中通过分子印记的手法对酚醛树脂进行改性，使其具有良好的分子印记功能，其主要优点如下：

1、对镍离子具有高选择性吸附效果，在共存有较高浓度铜离子和镉离子的条件下，对目标镍离子的吸附率可以达到99%以上，而对铜离子和镉离子的吸附率不足10%；

2、对镍离子有高的洗脱回收率，当以柠檬酸铵溶液为洗脱剂洗脱回收镍离子时，回收率可达到60%以上；同时，本发明的镍离子高选择性吸附树脂可多次循环重复利用，在实验中各树脂重复使用5次以上，性能未发现有降低；

3、本发明的制备方法的合成过程简单、易控；镍离子高选择性吸附树脂本身耐高温、低毒。

由于具有以上优点，本发明在水处理及对金属镍离子的回收利用中具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的树脂对不同浓度Ni²⁺的选择性吸附结果。

图2 为本发明的树脂对不同浓度Ni²⁺的洗脱回收结果。

以下结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的解释说明。

具体实施方式

本发明的镍离子高选择性吸附树脂，制得的该镍离子高选择性吸附树脂由以下原料及其质量百分比组成：催化剂：8%~12%；苯酚：45%~55%；甲醛：30%~40%；交联剂：3%~7%；上述原料的质量百分比之和为100%。

所述催化剂为质量分数为40%的NaOH溶液。

所述步骤（b）过筛后得到树脂颗粒的粒径为1.5~2.0mm。

步骤（c）所述洗脱剂为0.05mol/L~0.1mol/L柠檬酸铵溶液。

以下是本发明的实施例，在以下实施例中，交联剂以体积计量，其密度按1g/ml计算为质量。

实施例1：取10g NaOH配制成质量分数为40%的NaOH溶液，并取质量分数为40%的甲醛溶液82.5g备用；取45g苯酚加入三口烧瓶，加热至50℃熔融后加入NaOH溶液的70%，恒温搅拌20min，然后加入甲醛溶液的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，再加入剩余的NaOH溶液，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛溶液，加热升温至90℃后搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；向得到的酚醛树脂中加入10ml摩尔浓度为0.1mol/L 的NiSO₄溶液为模板分子，并加入3g环氧氯丙烷作为交联剂，重新加热升温至90℃，加热的同时持续搅拌30min，然后出料并在105℃下烘干，冷却至室温，研磨、过筛后得到粒径为1.5~2.0mm的树脂颗粒；最后用0.05mol/L的柠檬酸铵溶液洗脱，至检出液中无Ni²⁺，然后烘干得树脂成品。

实施例2：取8g NaOH配制成质量分数为40%的NaOH溶液，并取质量分数为40%的甲醛溶液100g备用；取45g苯酚加入三口烧瓶，加热至50℃熔融后加入NaOH溶液的70%，恒温搅拌20min后，加入甲醛溶液的70%，升温至60℃后恒温搅拌50min，接着加入剩余的NaOH溶液，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛溶液，加热升温至90℃后恒温持续搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；向得到的酚醛树脂中加入20ml 0.1mol/L NiSO₄溶液为模板分子，并加入7g环氧氯丙烷作为交联剂，复升温至90℃，加热的同时持续搅拌30min，然后出料并在105℃下烘干，冷却至室温，研磨、过筛后得到粒径为1.5~2.0mm的树脂颗粒；最后用0.05mol/L的柠檬酸铵溶液洗脱，至检出液中无Ni²⁺，然后烘干得树脂成品。

实施例3：取8g NaOH配制成质量分数为40%的NaOH溶液，并取质量分数为40%的甲醛溶液75g备用；取55g苯酚加入三口烧瓶，加热至50℃熔融后加入NaOH溶液的70%，恒温搅拌20min后，加入甲醛溶液的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，再接着加入剩余的NaOH溶液，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛溶液，升温至90℃后恒温持续搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；向得到的酚醛树脂中加入30ml 0.1mol/L NiSO₄溶液为模板分子，并加入7g环氧氯丙烷作为交联剂，复升温至90℃，加热的同时继续搅拌30min，然后出料兵在105℃下烘干，研磨、过筛后得到粒径为1.5~2.0mm的树脂颗粒，最后用0.05mol/L的柠檬酸铵溶液洗脱，至检出液中无Ni²⁺，然后烘干得树脂成品。

实施例4：取12g NaOH配制成质量分数为40%的NaOH溶液，并取质量分数为40%的甲醛溶液100g备用；取41g苯酚加入三口烧瓶，加热至50℃熔融后加入NaOH溶液的70%，恒温搅拌20min后，加入甲醛溶液的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，接着加入剩余的NaOH溶液，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛溶液，加热升温至90℃后恒温持续搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；向得到的酚醛树脂中加入40ml 0.1mol/L NiSO₄溶液为模板分子，并加入7g环氧氯丙烷作为交联剂，复升温至90℃，加热的同时继续搅拌30min，然后出料并在105℃下烘干，研磨、过筛后得到粒径为1.5~2.0mm的树脂颗粒，最后用0.1mol/L的柠檬酸铵溶液洗脱，至检出液中无Ni²⁺，然后烘干得树脂成品。

实施例5：取22g NaOH配制成质量分数为40%的NaOH溶液，并取质量分数为40%的甲醛溶液150g备用；取110g苯酚加入三口烧瓶，加热至50℃熔融后加入NaOH溶液的70%，恒温搅拌20min后，加入甲醛溶液的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，接着加入剩余的NaOH溶液，加热升温至70℃恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛溶液，加热升温至90℃后恒温持续搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；向得到的酚醛树脂中加入50ml 0.1mol/L NiSO₄溶液为模板分子，并加入8g环氧氯丙烷作为交联剂，复升温至90℃，加热的同时持续搅拌30min，然后出料并在105℃下烘干，研磨、过筛后得到粒径为1.5~2.0mm的树脂颗粒，最后用0.1mol/L的柠檬酸铵溶液洗脱，至检出液中无Ni²⁺，然后烘干得树脂成品。

对本发明的树脂的检验实验结果：

试验准备：树脂3g；洗脱液：30ml 摩尔浓度为0.05mol/L 的柠檬酸铵溶液；废水样品150mL，该废水样品中Cu²⁺、Cd²⁺浓度均保持10mg/L不变。

1、本发明的树脂对不同浓度Ni²⁺的选择性吸附结果

通过对同属过渡金属离子、离子半径相近、很难实现选择性吸附的二价镍（Ni²⁺）、二价铜（Cu²⁺）、二价镉（Cd²⁺）混合溶液进行吸附实验，发现其对Ni²⁺的选择吸附效果明显。当保持Cu²⁺、Cd²⁺浓度为10mg/L不变时，本发明的树脂对各种金属离子的吸附率结果如图1所示。由图1可见，即使共存离子浓度为目标离子Ni²⁺浓度的1000倍，树脂对Ni²⁺的吸附率也可达到100%，而对Cu²⁺的吸附率不足5%，对Cd²⁺的吸附率不足15%，表现出非常高的Ni²⁺选择性吸附效果。

2、本发明的树脂对不同浓度Ni²⁺的洗脱回收结果

对经过吸附试验后的树脂用柠檬酸铵溶液对吸附的Ni²⁺进行洗脱，测定洗脱液中Ni²⁺的含量，结果如图2所示：柠檬酸铵溶液对Ni²⁺的洗脱回收率可以达到60%以上，对超低浓度的Ni²⁺溶液也可达到57%，显示出良好的洗脱回收效果，为进一步回收利用废水中的Ni²⁺提供非常有利的前期分离富集作用。

Claims

1.一种镍离子高选择性吸附树脂，其特征在于，制得的该镍离子高选择性吸附树脂由以下原料及其质量百分比组成：催化剂：8%~12%；苯酚：45%~55%；甲醛：30%~40%；交联剂：3%~7%；上述原料的质量百分比之和为100%。

2.如权利要求1所述的镍离子高选择性吸附树脂，其特征在于，所述催化剂为质量分数为40%的NaOH溶液。

3.权利要求1所述的镍离子高选择性吸附树脂的制备方法，其特征在于，该方法以酚醛树脂为基体，合成对镍离子具有很高选择性吸附的树脂，包括如下步骤：

（a）将配方量的苯酚置于三口烧瓶中，加热至50℃熔融后加入催化剂配方量的70%，恒温搅拌20 min后，加入甲醛配方量的70%，继续加热升温至60℃后恒温搅拌50min，再加入剩余的催化剂，加热升温至70℃后恒温搅拌20min，最后加入剩余的甲醛，加热升温至90℃后恒温持续搅拌30min，冷却至60℃，得到酚醛树脂；

4.如权利要求3所述的镍离子高选择性吸附树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（b）过筛后得到树脂颗粒的粒径为1.5~2.0mm。

5.如权利要求3所述的镍离子高选择性吸附树脂的制备方法，其特征在于，步骤（c）所述洗脱剂为0.05mol/L~0.1mol/L柠檬酸铵溶液。