CN102728325A - 一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是包括：取乙基纤维素2～10重量份，溶于100～500重量份的有机溶剂中，再加入2～20重量份苯酐混合，混合物料在60～120℃温度下搅拌反应4～12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物经干燥，即制得产物。采用本发明，制备工艺简单，成本低，制得的产物改性乙基纤维素吸附材料对重金属离子有良好的吸附性能，并且可自然降解,绿色环保，可以直接用于废水处理或其它环保行业。

Description

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法

技术领域

本发明属于天然高分子化合物的衍生物的制备，涉及一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法。制备的改性乙基纤维素吸附材料特别适用于废水处理，以及贵金属吸附等领域。

背景技术

随着工业生产的发展，含重金属离子废水不断增加，破坏环境。含重金属离子的废水具有极大的危害性。这类废水中含有Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Cu（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）与Zn（Ⅱ）等有害离子。它们均可以在食物链中富集；同时由于这些物质在水性环境中的高溶解性，很容易被有机体吸收。一旦这些重金属离子进入食物链，就可能在人体内累积，从而危害人类健康。因此转化、回收水中的重金属，使排放污水达到标准，对环境保护以及人类健康意义重大。

近年来，人们对废水中重金属的处理使用了各种方法，每种方法的处理金属的侧重点及效果各异。现有技术中，处理重金属废水常用的方法主要分为三类: 化学处理法、物理化学处理法和生物处理法, 但都各自存在一些不足。化学法主要有化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法等，化学沉淀法沉渣量大, 含水率高, 易二次污染, 有些重金属废水处理后难以达到排放标准。废水中常有多种重金属共存, 当含有两性金属时, 高pH 值时有再溶解倾向, 处理操作时对pH 值要求严格，有些深沉法甚至会造成二次污染。氧化还原法占地面积大，产生废渣量大, 需寻找利用途径。电解法虽然处理效果比较好，但此法耗能高, 处理水量小，而且不适用于低浓度的重金属废水处理。物理化学法主要有离子交换法、吸附法、膜技术等。离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法, 处理容量大, 出水水质好, 可回收重金属资源, 无二次污染。但树脂易受污染或氧化失效, 再生频繁, 反应周期长, 操作费用高。吸附法利用各种吸附材料包括矿物质、无机盐、活性炭、合成树脂等对金属离子进行物理吸附，过程简单，成本较低，重复再生性好，适应范围广，但往往吸附材料都存在吸附量低、吸附效率会随时间和吸附试剂的吸附饱和而下降。相比常规废水处理技术, 膜技术具有高效、无相变、节能、设备简单、操作方便等优点, 并能实现重金属的回收, 另外不加化学试剂, 不会造成二次污染。存在的主要问题是膜组件的昂贵和使用过程中膜的污染和通量下降。利用微生物或植物体的生理特性来处理重金属废水,主要有生物吸附法、生物絮凝法和植物修复法。由于生物技术处理重金属废水具有效率高、成本低、二次污染少、有利于生态环境的改善等优点, 近年来在含重金属废水处理领域引起了人们普遍的关注, 进行了广泛的研究。但微生物培养和驯化时间长, 不易控制, 且大多有选择性, 因此目前此法多处于实验室研究阶段, 实现工业化还有待进一步探究。综合来看，吸附法是回收废水中微量重金属包括多数稀土金属元素和放射性核素的最有效方法，并具有适应范围广、处理效果好、可回收有用的重金属和放射性核素以及吸附材料可重复使用等优点，已有的吸附材料包括矿物质、无机盐、活性炭、合成树脂等。但有些吸附材料存在吸附量低，且价格昂贵的缺点，近年来有许多关于天然生物吸附材料的研究，这些材料来源广泛，可以再生，成本低，利于推广，但还存在吸附能力不强或加工性能不好的缺点，阻碍了天然生物质吸附材料的进一步应用。

纤维素是葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而形成的葡聚糖大分子，是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂，经过改性处理后的纤维素衍生物溶解性有很大改善，乙基纤维素是纤维素一醚类衍生物，它可以溶解于一般常见的有机溶剂中，在水中的溶解度很低，这种特殊的溶解性使其在废水处理中有较大的潜在优势。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法；本发明制备方法中不使用催化剂，制备的改性乙基纤维素吸附材料对重金属离子有良好的吸附性能，并且可自然降解,绿色环保，可以直接用于废水处理或其它环保行业。

本发明的内容是：一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：取乙基纤维素2～10重量份，溶于100～500重量份的有机溶剂中，再加入2～20重量份苯酐混合，混合物料在60～120℃温度下搅拌反应4～12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

本发明的内容中：所述的有机溶剂可以是苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合物。

本发明的内容中：所述苯酐可以替换成苯甲酰氯、4-硝基苯酐、4-氨基苯酐或对甲氧基苯甲酸。

本发明的内容中：所述减压蒸馏除去有机溶剂，是在温度为40～100℃、压力为0.005～0.02MPa的条件下减压蒸馏0.5～4小时。

本发明的内容中：所述粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，是用1～10倍粗产物重量的乙醇将粗产物溶解，再加入10～100倍粗产物重量的水混合、沉淀，过滤，过滤得到的固体物再重复该操作过程2～5次，以除去杂质。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

（1）采用本发明，通过化学改性在乙基纤维素分子中引入了含有氧、氮等元素（含孤对电子或游离电子）且具有配位能力的芳香衍生物，加强了乙基纤维素分子与重金属离子的络合能力，从而能很好地吸附废水中的重金属离子，并且该材料还具备良好的解吸再生性能，在重金属离子废水的净化行业有巨大的应用前景；

（2）本发明通过化学改性在乙基纤维素分子中引入共轭，易于与金属离子络合，经过适当处理易于形成高比表面积的多孔网络结构，从而在气体捕获及储存行业有巨大潜力；

（3）本发明制备工艺中，无催化剂, 易纯化，降低了生产成本，原料乙基纤维素廉价易得，改性后的乙基纤维素可以完全生物降解，不会造成环境负担，绿色环保，可广泛用于废水处理以及其它环保行业；

（4）本发明产品制备工艺简单，工序简便，容易操作，实用性强。

具体实施方式

下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：称取2份乙基纤维素，加入250份40%（体积百分比，后同）乙醇与60%甲苯混合溶剂中，充分搅拌20分钟溶解，称取2份苯酐快速加入乙基纤维素溶液中，升温至60～80℃，搅拌反应8小时后取出冷却至室温；将反应混合液经减压蒸馏除去有机溶剂，剩余物料用少量乙醇溶解再加水沉淀，这个过程反复三次以上，最后取出水中沉淀，在40～60℃条件下干燥后得到最终产物。

实施例2：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：称取4份乙基纤维素，加入450份40%（体积百分比，后同）乙醇与60%甲苯混合溶剂中，充分搅拌20分钟溶解，称取8份苯酐快速加入乙基纤维素溶液中，升温至70～90℃，搅拌反应6小时后取出冷却至室温；将反应混合液经减压蒸馏除去有机溶剂，剩余物料用少量乙醇溶解再加水沉淀，这个过程反复三次以上，最后取出水中沉淀，在50℃条件下干燥后得到最终产物。

实施例3：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：称取4份乙基纤维素，加入550份40%（体积百分比，后同）乙醇与60%甲苯混合溶剂中，充分搅拌20分钟溶解，称取4份苯酐快速加入乙基纤维素溶液中，升温至80～100℃，搅拌反应5小时后取出冷却至室温；将反应混合液经减压蒸馏除去有机溶剂，剩余物料用少量乙醇溶解再加水沉淀，这个过程反复三次以上，最后取出水中沉淀，在50℃条件下干燥后得到最终产物。

实施例4：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：取乙基纤维素6重量份，溶于300重量份的有机溶剂中，再加入11重量份苯酐混合，混合物料在80℃温度下搅拌反应8小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时（或经自然干燥等现有技术中的其它干燥方式，后同），即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

实施例5：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：取乙基纤维素2重量份，溶于100重量份的有机溶剂中，再加入2重量份苯酐混合，混合物料在60℃温度下搅拌反应12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

实施例6：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：取乙基纤维素10重量份，溶于500重量份的有机溶剂中，再加入20重量份苯酐混合，混合物料在110℃温度下搅拌反应4小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

实施例7：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：取乙基纤维素2～10重量份，溶于100～500重量份的有机溶剂中，再加入2～20重量份苯酐混合，混合物料在60～120℃温度下搅拌反应4～12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

实施例8：

一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，包括下列步骤：取乙基纤维素2～10重量份，溶于100～500重量份的有机溶剂中，再加入2～20重量份苯酐混合，混合物料在60～120℃温度下搅拌反应4～12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料；

各实施例中各原料组分的具体重量份用量见下表：

上述实施例4—15中：所述的有机溶剂可以是苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合物。

上述实施例4—15中：所述苯酐可以替换成苯甲酰氯、4-硝基苯酐、4-氨基苯酐或对甲氧基苯甲酸。

上述实施例4—15中：所述减压蒸馏除去有机溶剂，是在温度为40～100℃、压力为0.005～0.02MPa的条件下减压蒸馏0.5～4小时。

上述实施例4—15中：所述粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，是用1～10倍粗产物重量的乙醇将粗产物溶解，再加入10～100倍粗产物重量的水混合、沉淀，过滤，过滤得到的固体物再重复该操作过程2～5次，以除去杂质。

上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。

上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为重量（质量）百分比例；所述重量（质量）份可以均是克或千克。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (8)

1.一种改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：取乙基纤维素2～10重量份，溶于100～500重量份的有机溶剂中，再加入2～20重量份苯酐混合，混合物料在60～120℃温度下搅拌反应4～12小时后，静置冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂、得粗产物，再将粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，过滤得到的固体物在40～80℃的温度下干燥24～72小时，即制得产物——改性乙基纤维素吸附材料。

2.按权利要求1所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述的有机溶剂是苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合物。

3.按权利要求1或2所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述苯酐替换成苯甲酰氯、4-硝基苯酐、4-氨基苯酐或对甲氧基苯甲酸。

4.按权利要求1或2所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述减压蒸馏除去有机溶剂，是在温度为40～100℃、压力为0.005～0.02MPa的条件下减压蒸馏0.5～4小时。

5.按权利要求3所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述减压蒸馏除去有机溶剂，是在温度为40～100℃、压力为0.005～0.02MPa的条件下减压蒸馏0.5～4小时。

6.按权利要求1或2所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，是用1～10倍粗产物重量的乙醇将粗产物溶解，再加入10～100倍粗产物重量的水混合、沉淀，过滤，过滤得到的固体物再重复该操作过程2～5次。

7.按权利要求3所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，是用1～10倍粗产物重量的乙醇将粗产物溶解，再加入10～100倍粗产物重量的水混合、沉淀，过滤，过滤得到的固体物再重复该操作过程2～5次。

8.按权利要求4所述改性乙基纤维素吸附材料的制备方法，其特征是：所述粗产物用乙醇溶水沉的方法处理3～6次，是用1～10倍粗产物重量的乙醇将粗产物溶解，再加入10～100倍粗产物重量的水混合、沉淀，过滤，过滤得到的固体物再重复该操作过程2～5次。