CN103143327A

CN103143327A - 一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法

Info

Publication number: CN103143327A
Application number: CN2013100760664A
Authority: CN
Inventors: 董翠华; 庞志强; 张海光; 刘玉
Original assignee: Shandong Institute of Light Industry
Current assignee: Shandong Institute of Light Industry
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: CN103143327B

Abstract

本发明提供了一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法，首先将棉花纤维素在室温下采用硫酸混合进行超声波预处理后，加入壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺和三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸混合物进行磺酸化处理；冷却至室温并洗涤后，真空干燥得到磺酸化纤维素。本发明磺酸化纤维素在常温下就对铅离子具有优良的吸附性能，处理范围是0-800mg/l。尤其当铅离子浓度低于40mg/g时，其去除率为100%，这是其它吸附材料无法达到的效果。另外用磺酸化纤维素吸附含铅离子水溶液，其吸附速度快且可多次重复使用，10min能达到吸附平衡。较合适的吸附温度是10-40℃，可在pH3-6.5范围内使用。

Description

一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法。

背景技术

近几年，废水中重金属对环境及人体健康污染得到广泛的关注。至少有二十种金属被称之为有害金属，铅是其中最有毒性的元素之一。根据美国环境保护机构数据，铅在饮用水中的含量不能超过0.015 mg/L。铅聚集到环境和人体中容易导致肾衰竭、高血压等疾病，因此，铅含量必须控制在环境允许水平。目前，各种技术方法用以除去废水中铅离子，如沉淀法、离子交换法、膜过滤法、电渗析法。然而这些技术存在能量输入大、经济成本高等缺点，且铅离子浓度高时其去除率低。在废水处理技术中，吸附法是最具前景的一种方法，其具有高效性且没有有害副产物产生。具有高比表面积和吸附性能的活性炭是目前应该最广泛的吸附剂之一，然而活性炭的生产过程成本较高，且涉及到活化及碳化等高端技术。因此，开发低成本、高吸附性的可再生的新型吸附剂成为目前研究的热点。

纤维素是自然界最容易得到的植物资源之一，其具有可再生性、可生物降解性、生物适性、均质性等特点。目前，开发新型功能纤维扩大其在其它工业中应用得到越来越多的关注。本发明将植物资源作为吸附原料，开发了一种高效的新型铅离子吸附材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对铅离子具有强吸附能力的磺酸化纤维素的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将棉花纤维素与质量浓度为10-50%的硫酸混合，然后用超声波预处理5-30 min，得预处理液；其中棉花纤维素与硫酸溶液的质量比为1:2-6；

2）向预处理液中加入壬基酚聚氧乙烯醚和N，N-二甲基甲酰胺，在50-80℃、搅拌条件下恒温40-80 min，得处理液；其中壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺与预处理液的质量比为0.01-0.03:1-10:1；

3）向处理液中加入渗透剂，搅拌40-120 min，冷却、洗涤、干燥得磺酸化纤维素；所述渗透剂为质量比为2:1的三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸的混合物，渗透剂与处理液的质量比为2-6:1。

所述硫酸的质量浓度优选为20%，棉花纤维素与硫酸溶液的质量比优选为1:2。

所述壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺与预处理液的质量比优选为0.01: 4:1；所述渗透剂与处理液的质量比优选为3:1。

与现有的制备磺酸化纤维素的方法相比，本发明的制备方法最主要的改进在于：1）采用硫酸对纤维进行预处理后，进行超声波预处理。2）使用质量比为2:1的三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸的混合物作为磺化剂，从而提高了磺酸化纤维素中SO₃Na的取代度；进而提高了其吸附铅离子的能力。

所述磺酸化纤维素（又称纤维素硫酸酯），其结构式为：

Figure 2013100760664100002DEST_PATH_IMAGE001

本发明的有益效果是：

本发明方法制备的磺酸化纤维素对铅离子有很强的吸附能力，在常温下就对有毒的铅离子具有优良的吸附性能，处理范围是0-800 mg/l。尤其当铅离子浓度低于40 mg/g时，其去除率为100%，这是其它吸附材料无法达到的效果。另外，用磺酸化纤维素吸附含铅离子水溶液，其吸附速度快且可多次重复使用，10 min能达到吸附平衡。较合适的吸附温度是10-40℃，可在pH 3-6.5较宽范围之内使用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步阐述，下述说明只是示例性的，并不对本发明进行限制。如无特别说明，下述含量均为质量百分含量。

实施例1:

取10g棉花纤维素，在室温下与20g浓度为20%硫酸混合，在室温下进行超声波预处理8 min；然后加入0.3g壬基酚聚氧乙烯醚；再加入120g N，N-二甲基甲酰胺，加热至70℃温度、恒温并搅拌60 min；再加入450 g三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸（二者的质量比为2:1）混合物，继续搅拌40 min后冷却至室温，然后洗涤、真空干燥，得磺酸化纤维素。

将该实验条件下制备的磺酸化纤维素用来处理铅离子浓度为40 mg/L的Pd²⁺含铅水溶液，废水pH为6.5，磺酸化纤维素用量为铅水溶液的0.1%，在20℃下搅拌30 min后含铅水溶液中Pd²⁺浓度为0，铅离子完全被吸附。

实施例2:

取10g棉花纤维素，在室温下与40g浓度为40%硫酸混合，在室温下进行超声波预处理12 min；然后加入1g壬基酚聚氧乙烯醚；再加入100g N，N-二甲基甲酰胺，加热至60℃温度、恒温并搅拌40 min；再加入600g三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸（二者的质量比为2:1）混合物，继续搅拌60 min后冷却至室温，然后洗涤、真空干燥，得磺酸化纤维素。

将该实验条件下制备的磺酸化纤维素用来处理铅离子浓度为30 mg/L的Pd²⁺含铅水溶液，废水pH为4，磺酸化纤维素用量为铅水溶液的0.2%，在30℃下搅拌20 min后含铅水溶液中Pd²⁺浓度为0，铅离子完全被吸附。

实施例3:

取10g棉花纤维素，在室温下与30g浓度为30%硫酸混合，在室温下进行超声波预处理20 min；然后加入1.2 g壬基酚聚氧乙烯醚；再加入280gN，N-二甲基甲酰胺，加热至70℃温度、恒温并搅拌50 min；再加入1600g三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸（二者的质量比为2:1）混合物，继续搅拌70 min后冷却至室温，然后洗涤、真空干燥，得磺酸化纤维素。

将该实验条件下制备的磺酸化纤维素用来处理铅离子浓度为100 mg/L的Pd²⁺含铅水溶液，废水pH为5.5，磺酸化纤维素用量为铅水溶液的0.2%，在40℃下搅拌15 min后含铅水溶液中Pd²⁺浓度为12.8 mg/l，铅离子去除率为87.2%。

实施例4:

取10 g棉花纤维素，在室温下与60g浓度为10%硫酸混合，在室温下进行超声波预处理15 min；然后加入2.1g壬基酚聚氧乙烯醚；再加入560gN，N-二甲基甲酰胺，加热至80℃温度、恒温并搅拌80 min；再加入3780g三氧化硫-吡啶和哌啶-N-磺酸（二者的质量比为2:1）混合物，继续搅拌90 min后冷却至室温，然后洗涤、真空干燥，得磺酸化纤维素。

将该实验条件下制备的磺酸化纤维素用来处理铅离子浓度为150 mg/L的Pd²⁺含铅水溶液，废水pH为5，磺酸化纤维素用量为铅水溶液的0.4%，在30℃下搅拌20 min后含铅水溶液中Pd²⁺浓度为42.2 mg/l，铅离子去除率为71.9%。

Milan Mom?ilovi?s等[Milan Mom?ilovi?, Milovan Purenovi?, Aleksandar Boji?, Aleksandra Zarubica, Marjan Ran?elovi?. Removal of lead (Ⅱ) ions from aqueous solution by adsorption onto pine cone activated carbon. Desalination, 276(2011(53-59).]使用活性炭吸附溶液中铅离子, 当活性炭用量为0.1g时，吸附平衡时间为60min时，其最大吸附量为27.53 mg/g，其最大去除率仅为43.72%。

Claims

1.一种高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法，其特征在于：所述硫酸的质量浓度为20%，棉花纤维素与硫酸溶液的质量比为1:2。

3.根据权利要求1或2所述的高效铅离子吸附材料磺酸化纤维素的制备方法，其特征在于：其所述壬基酚聚氧乙烯醚、N，N-二甲基甲酰胺与预处理液的质量比为0.01: 4:1；所述渗透剂与处理液的质量比为3:1。