CN102731795B - 以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：1）称取白炭黑，90℃下使用盐酸溶液酸化回流10h，冷却后洗涤干燥得到酸化白炭黑；2）将步骤1）所得的酸化白炭黑进行硅烷偶联化；3）将步骤2）所得的偶联化白炭黑、聚合物溶液、甲醇、及水置于三口瓶中，通氮除氧后于65℃下保温反应48h，冷却后抽滤洗涤干燥得到胺类聚合物接枝白炭黑；4）将步骤3）所得的聚合物接枝白炭黑及磷化剂置于三口瓶中，在酸性条件下加热至70℃-100℃，然后将甲醛逐滴加，保温反应24h，冷却后抽滤洗涤干燥即得离子交换树脂。本发明以廉价易得白炭黑为原料，离子交换树脂的吸附容量大。且该方法操作简单方便，在吸附重金属离子时，无需往离子交换柱中加任何试剂、无污染且不产生废弃物。
Description
技术领域
本发明属于环境技术领域，具体涉及一种以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法。
背景技术
离子交换树脂通常是指是带有可交换离子的活性基团、具有网状结构、不溶性的一类化合物。通常是以高分子化合物为基体，将其进行表面功能化改性，制备得到一种具有离子交换功能的材料。由于其良好的离子交换功能，已经被广泛的应用于水处理、食品工业、制药行业、环境保护、湿法冶金、合成化学和石油化学工业等领域。
由于离子交换树脂具有很好的选择性，因此，在选矿和金属冶炼等领域应用也越来越广泛，特别是吸附分离富集某一种或某类金属离子，经过吸附后，再使用不同的洗脱剂洗脱，得到含某种金属离子的浓溶液，再经还原可得到纯度较高的金属。由于离子交换树脂能够固定阳离子或者阴离子，所以通常将含有混合离子的溶液通过离子交换树脂，树脂选择性的吸附保留所需要的离子，杂质离子流过树脂弃去。
目前使用的离子交换树脂基本上都是以高分子材料为白球合成制备的，以高分子材料为基体制备得到的离子交换树脂，在使用过程中，由于高分子网络在使用过程中容易被破坏，而且不耐高温，影响其使用效果。并且在制备白球过程中，往往为了提高吸附量，加入了大量制孔剂，使得离子交换树脂强度降低，在使用过程中容易破碎。
随着科学技术的不断发展，人们对材料的需求量与日俱增，由于无机矿物具有许多优越的性能，已经被大量用来制备各种功能材料。但是，以无机物为原料制备离子交换树脂并不多见。专利CN102250347A公开了用天然埃洛石纳米管为基体的螯合型离子交换树脂的制备方法，专利CN102391399A公开了一种无机物为基体的螯合型离子交换树脂的制备方法。与埃洛石相比，白炭黑是一种多孔性物质，具有更大的比表面积，其组成为SiO2·nH2O，其中nH2O是以表面羟基的形式存在，不溶于水、溶剂和酸，耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。由于其自身就是多孔性材料，具有很强的吸附功能，有可能成为一种新型的制备离子交换树脂的优良无机矿物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法。
为实现本发明目的，本发明所采取的技术方案是：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，其特征在于它包括以下步骤：
1）称取白炭黑，90℃下使用盐酸溶液酸化回流10h，冷却后，洗涤、干燥，得到酸化白炭黑；
2）利用硅烷偶联剂对步骤1）所得的酸化白炭黑进行硅烷偶联化，得到硅烷偶联化白炭黑；
3）将步骤2）所得的偶联化白炭黑、胺类聚合物溶液、甲醇、及水置于三口瓶中，通氮除氧后于65℃下保温反应48h，冷却后抽滤、洗涤、干燥，得到胺类聚合物接枝白炭黑；
4）将步骤3）所得的胺类聚合物接枝白炭黑及磷化剂置于三口瓶中，在酸性条件下加热至70℃-100℃，然后将甲醛逐滴加入至三口瓶，保温反应24h，冷却后抽滤、洗涤、干燥，即制得离子交换树脂。
上述方案中，所述步骤1）中的盐酸溶液浓度为1-6mol/L。
上述方案中，所述步骤2）中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或γ-氯丙基三氯硅烷中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的混合物。
上述方案中，所述步骤1）中的洗涤步骤为依次用蒸馏水和甲醇洗涤，干燥温度为90℃。
上述方案中，所述步骤2）中的洗涤步骤为依次用正己烷和甲醇洗涤，干燥温度为80℃。
上述方案中，所述步骤3）中的洗涤步骤为依次用水、氢氧化钠、水、甲醇洗涤，干燥温度为70℃。
上述方案中，所述步骤4）中的洗涤步骤为依次用水、硫酸、水、甲醇洗涤，干燥温度为70℃。
上述方案中，所述磷化剂为亚磷酸。
上述方案中，所述胺类聚合物溶液为聚丙烯酰胺、聚丙烯胺、或聚乙烯亚胺溶液中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的混合物。
本发明的原理为：白炭黑本身就为具有吸附性能的多孔性无机矿物材料，不仅利用了物理吸附，还利用化学吸附，两种吸附模式相结合，更好的提高了离子交换树脂的吸附效果。白炭黑通过酸化后，活化白炭黑表面羟基，再与硅烷偶联剂发生偶联化反应，通过不同胺类聚合物接枝改性后，再与甲醛和磷化剂进行反应制得的离子交换树脂。
本发明的有益效果是：
1. 与现有的螯合型离子交换树脂相比，本发明以廉价、易得白炭黑为原料，可以充分利用其矿物学特征，以及其微观纳米效应，而白炭黑自身也是多孔性物质，具有巨大的比表面积，有利于有效提高以其为原料制备的离子交换树脂的吸附容量。而且制备得到的离子交换树脂不仅可以多次反复使用，还可以根据不同离子性质进行针对特定离子功能化改性。
2. 该方法具有操作流程简短，操作方便的优点，在进行吸附贵重金属离子如稀土、镍、钴、铜或金时，无需往离子交换柱中加任何试剂、无污染且不产生任何废弃物。而且该合成方法非常简单，原料来源丰富，价格低廉。
在当今社会，采用白炭黑这种无机矿物材料制备离子交换树脂正是符合当前材料制备中提倡的越来越提倡资源节约型和环境友好型特点。
附图说明
图1为白炭黑的SEM形貌图。
图2为实施例1所得离子交换树脂的SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
以下实施例中的聚丙烯胺是采用丙烯胺单体通过常规本体聚合方法制备得到。其他化学品均为市售商品。
实施例1：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml1mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到70℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。图1为白炭黑的SEM形貌图，图2为实施例1所得离子交换树脂的SEM形貌图，由图1和图2可知白炭黑经过改性制备得到的白炭黑离子交换树脂，粉末颗粒状的白炭黑表面附着了一层胺类聚合物，说明白炭黑表面接枝成功。
实施例2：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml2mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到80℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例3：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml4mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7.5mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到90℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例4：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml6mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取5mlγ-氯丙基三氯硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到100℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例5：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml2mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到100℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例6：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml4mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到90℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例7：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml6mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7.5mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到80℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例8：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml1mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取5mlγ-氯丙基三氯硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到70℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例9：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml4mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到90℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例10：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml1mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取3.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷、3.5mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到70℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例11：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml2mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取4mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2.5mlγ-氯丙基三氯硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到80℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例12：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml4mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取3.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷、4mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取25ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到90℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例13：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml6mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取3.5mlγ-氨丙基三乙氧基硅烷和3.5mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取12.5ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、12.5ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺和聚丙烯胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺和聚丙烯胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到100℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例14：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml1mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取12.5ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、12.5ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯胺和聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯胺和聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到70℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例15：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml2mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取7.5mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取12.5ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、12.5ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、17ml去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到80℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
实施例16：
以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，它包括以下步骤：
1)称取白炭黑粉体10.00g置于一个干净三口瓶中，准确量取40ml6mol/L HCl溶液倒入到上述三口瓶中，打开冷凝水，开动搅拌，90℃下回流10h，冷却后，先用40ml去离子水洗涤3次，再用40ml甲醇洗涤2次，90℃干燥至恒重得到酸化白炭黑；
2)将步骤1）中所得酸化白炭黑置于一个干燥的三口瓶中，量取30ml正己烷和15ml去离子水倒入到上述三口瓶中，量取3.5mlγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和2.5mlγ-氯丙基三氯硅烷和10ml正己烷置于一个干净小烧杯里面，溶解混合均匀后，将其倒入到上述三口瓶中，通氮除氧15min后反应24h，过滤，用40ml正己烷洗3次，40ml甲醇洗2次，80℃下烘干得硅烷偶联化白炭黑；
3)将步骤2）中所得偶联化白炭黑置于一个干净三口瓶中，准确量取10ml10%（wt%）聚丙烯酰胺溶液、12.5ml10%（wt%）聚丙烯胺溶液、10ml10%（wt%）聚乙烯亚胺溶液、去离子水和10ml甲醇置于上述三口瓶中，通氮除氧15min后，打开冷凝水，开动搅拌，在65℃下保温反应48h，冷却后抽滤，用50ml去离子水洗3次，50ml1mol/LNaOH溶液洗1次，再用50ml去离子水洗3次，50ml甲醇洗2次，70℃下烘干得胺类聚合物接枝白炭黑；
4)将步骤3）中所得胺类聚合物接枝白炭黑和10.00g亚磷酸置于一个干净三口瓶中，再向上述三口瓶中倒入30ml2mol/L HCl溶液，加热到90℃后将9ml甲醛逐滴加入到上述三口瓶中，保温反应24h，冷却后抽滤，依次用40ml去离子水洗3次，40ml1mol/LH2SO4溶液洗1次，40ml去离子水洗2次，40ml甲醇洗2次，70℃下烘干制得离子交换树脂。
本发明主要性能指标和测定方法
实施例1－16 产品的外观：目测，白色固体粉末为合格。
将本发明中实施例1-16中制备得到的离子交换树脂用于吸附各种金属离子的测试。
吸附和分析方法如下：
树脂吸附率和吸附量的测定：
准确称取1.00g用上述方法制得的白炭黑离子交换树脂于一个250ml锥形瓶中，向其中加入100ml 200mg/L的金属离子溶液，在数显水浴恒温振荡器上进行震荡吸附，4h后，从上述锥形瓶中取适量交换后溶液进行检测。
吸附液中镍离子和铜离子浓度按照ISO 8288-1986中方法测试。
吸附液中稀土含量的分析方法为：移取10.00ml上述吸附液于250ml锥形瓶中，加50ml去离子水，0.2g抗坏血酸，待其溶解后，继续加入2ml磺基水杨酸溶液，1滴甲基橙，用氨水和盐酸调节溶液刚变为黄色，加5ml六次甲基四胺缓冲溶液，2滴二甲酚橙，用0.02mol/L EDTA溶液滴定至溶液由红色刚好变为黄色即为终点。
用下式计算吸附率A(%（wt%）)及吸附容量Q。
式中A为树脂吸附率，C0为吸附液的起始浓度(mg/ml),C1为树脂吸附后吸附液浓度(mg/ml),Q为树脂的吸附量(mg/g)，m为树脂质量（g），V为吸附液体积(ml)。
按上述实验方法进行，求得每克树脂（实施例1）对钇离子的吸附容量为175mg；每克树脂（实施例2）对铈离子的吸附容量为172mg；每克树脂（实施例3）对镧离子的吸附容量为175mg；每克树脂（实施例4）对镍离子的吸附容量为182mg；每克树脂（实施例5）对铜离子的吸附容量为161mg；每克树脂（实施例6）对钇离子的吸附容量为162mg；每克树脂（实施例7）对铈离子的吸附容量为179mg；每克树脂（实施例8）对镧离子的吸附容量为178mg；每克树脂（实施例9）对镍离子的吸附容量为185mg；每克树脂（实施例10）对铜离子的吸附容量为179mg；每克树脂（实施例11）对铜离子的吸附容量为171mg；每克树脂（实施例12）对钇离子的吸附容量为169mg；每克树脂（实施例13）对铈离子的吸附容量为175mg；每克树脂（实施例14）对镧离子的吸附容量为173mg；每克树脂（实施例15）对镍离子的吸附容量为185mg；每克树脂（实施例16）对铜离子的吸附容量为187mg。说明利用白炭黑改性制备得到的白炭黑离子交换树脂对镍、铜等重金属离子和稀土离子都有很高的吸附容量。
本发明所列举的各原料，以及各原料的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明；以及各工艺参数的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (6)
1.以白炭黑为原料制备离子交换树脂的方法，其特征在于它包括以下步骤：
1）称取白炭黑，90℃下使用盐酸溶液酸化回流10h，冷却后，洗涤、干燥，得到酸化白炭黑；
2）利用硅烷偶联剂对步骤1）所得的酸化白炭黑进行硅烷偶联化，得到硅烷偶联化白炭黑；
3）将步骤2）所得的偶联化白炭黑、胺类聚合物溶液、甲醇、及水置于三口瓶中，通氮除氧后于65℃下保温反应48h，冷却后抽滤、洗涤、干燥，得到胺类聚合物接枝白炭黑；
4）将步骤3）所得的胺类聚合物接枝白炭黑及磷化剂置于三口瓶中，在酸性条件下加热至70℃-100℃，然后将甲醛逐滴加入至三口瓶，保温反应24h，冷却后抽滤、洗涤、干燥，即制得离子交换树脂，所述磷化剂为亚磷酸，所述胺类聚合物溶液为聚丙烯酰胺或聚乙烯亚胺溶液中的任意一种或者两种以任意比例混合的混合物。
2.如权利要求1所述的制备离子交换树脂的方法，其特征在于，所述步骤1）中的盐酸溶液浓度为1-6mol/L。
3.如权利要求1所述的制备离子交换树脂的方法，其特征在于，所述步骤2）中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或γ-氯丙基三氯硅烷中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的混合物。
4.如权利要求1所述的制备离子交换树脂的方法，其特征在于，所述步骤1）中的洗涤步骤为依次用蒸馏水和甲醇洗涤，干燥温度为90℃。
5.如权利要求1所述的制备离子交换树脂的方法，其特征在于，所述步骤3）中的洗涤步骤为依次用水、氢氧化钠、水、甲醇洗涤，干燥温度为70℃。
6.如权利要求1所述的制备离子交换树脂的方法，其特征在于，所述步骤4）中的洗涤步骤为依次用水、硫酸、水、甲醇洗涤，干燥温度为70℃。
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