CN104368314A - 一种芦苇秆改性制备吸附材料的方法 - Google Patents

一种芦苇秆改性制备吸附材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天然芦苇秆吸附材料的制备方法，它是选用天然的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干、磨粉、过筛、先后经过HNO3和NaOH回流、水洗、干燥得芦苇秆纤维素；再通过与NaOH溶液、环氧氯丙烷反应交联，将交联的纤维素与3-氯-2-羟基丙磺酸钠、二氧六环水溶液和Na2CO3溶液混合，控温50-60℃条件下反应，最后将产物依次用丙酮、水交叉洗涤，洗净后真空干燥即得芦苇秆吸附材料成品，该制备工艺耗时短、原料低廉，无污染，有广泛的应用前景。

Description

一种芦苇秆改性制备吸附材料的方法
技术领域
本发明涉及一种吸附重金属的环保吸附材料的制备工艺，特别涉及一种芦苇秆吸附材料的制备方法。
背景技术
进入21世纪，重金属污染越来越受人们关注，污染源也越来越多。例如，矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业的废水都是重金属废水的重要来源。重金属污染与其它污染源不同，其它污染源经过自然的方式可以自动降解，使其有害性降低或解除，而重金属污染很难在环境中自动降解，这些重金属废水进入环境或生态系统后，可通过食物链进行转移、积累、放大，对人类和生物造成极大的危害。例如，铬可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体，可以引起人体全身中毒，对皮肤粘膜的刺激作用，会引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎，特别是六价铬危害最大，六价铬可以诱发肺癌和鼻咽癌。饮用水中含铬浓度在 0.1mg/L以上时，就会使人呕吐，侵害肠道和肾脏。灌溉水中浓度为 0.1mg/L，可对水稻种子萌芽有抑制作用。还有重金属铜，铜对低等生物和农作物毒性较大，其浓度达0.1-0.2mg/ L即可使鱼类致死。对于农作物，铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍，植物吸收铜离子后，即固定于根部皮层，灌溉水中含铜较高时，即在土壤和作物中积累，可使作物枯死。
目前，含重金属废水的的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、电化学法、膜分离技术生物处理法、吸附法等，其中吸附法主要是利用高比表面积或具有多孔结构的物质作为吸附材料去吸附重金属离子。该法常用的吸附剂有活性炭、矿物质、分子筛和微生物。活性炭有较强的吸附能力，可以同时吸附多种重金属离子，去除率高，但再生效率低，处理水质达不到GB标准，价格高，应用被限制；利用微生物作为吸附材料，主要有菌体、藻类和细胞提取物等，这些生物吸附剂对不同的重金属离子表现出不同的吸附能力，但其吸附效果受外界环境因素和水体pH值的影响较大。近年来逐步研究出一类植物秸秆吸附材料，其中芦苇秆中含有丰富的纤维素，纤维素链中的葡萄糖基环上的羟基可以进行酯化，酶化和共聚反应，因此可将芦苇秆通过处理，改性制备成一种低成本的的重金属吸附材料。
芦苇，生长迅速、植株高大、适应性广、抗逆性强，广泛分布于池沼、河岸、河溪边多水地区，常形成苇塘。在我国则广泛分布于东北的辽河三角洲、松嫩平原、三江平原，内蒙古的呼伦贝尔和锡林郭勒草原，新疆的博斯腾湖、伊犁河谷及塔城额敏河谷,华北平原的白洋淀等苇区。芦苇也常被作为饲料，其富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质，作为粗饲料营养价值低。而把芦苇秆改性制备成一种低成本的的重金属吸附材料，将大大提高芦苇的利用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种芦苇秆吸附材料及其制备方法。该方法制备的吸附材料成本低廉、吸附量大、且无污染。
为实现这一目的，本发明采用天然芦苇秆作为原料来源，具体步骤是通过以下技术路线实现的：
⑴ 选用天然成熟的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干或晒干；
⑵ 将烘干或晒干的芦苇秆磨成粉，并过70目筛；
⑶ 用7%-9%的HNO3回流2-3h，再用3%-5%NaOH回流1-2h，水洗后干燥得芦苇秆纤维素；
⑷ 取制得的纤维素10-20g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为2-3mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流1-2h，过滤；
⑸以丙酮和水交叉洗涤至中性，在60-80℃下干燥得浅黄色交联纤维素；
⑹在装有回流冷凝管和搅拌器的三颈瓶中加入一定量的已交联的纤维素、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、1mol/L二氧六环水溶液和1mol/L Na2CO3溶液，轻轻震荡摇匀；
⑺控温50-60℃条件下搅拌反应一定时间后滤出产物；
⑻将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；
⑼ 洗净后真空干燥得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素醚，即一种芦苇秆吸附材料。
优先地，所述加入的3-氯-2-羟基丙磺酸钠的制备方法包括如下步骤：
⑴ 在装有搅拌器、滴液漏斗和冷凝管的三颈瓶中加入适量水、焦亚硫酸钠和催化剂；
⑵ 在磁力搅拌下,升温至75-80℃，漫漫滴加环氧氯丙烷；
⑶ 加料完毕，于85℃下反应4-5h，将反应物趁热倒出；
⑷把到出反应物冷却至5℃以下使产物结晶，离心脱去溶剂，经重结晶得精品。
本发明具有下列优点和特性：
⑴ 与现有技术相比，制备过程简单，不破坏秸秆的羟基和酚基官能团，保证有效吸附成分的含量；
⑵ 相对于传统的吸附剂，这种制备方法成本低廉，环境友好；
⑶ 这种吸附剂吸附效果优异，是一种优良的吸附重金属的吸附材料，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例一：
选用天然成熟的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干、磨粉、并过70目筛，用7%的HNO3回流2h，再用3%NaOH回流1h，水洗后干燥；取制得的干燥物10g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为2mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流1h，过滤，以丙酮和水交叉洗涤3-4次，在60℃下干燥得浅黄色交联纤维素；在装有回流冷凝管和搅拌器的三颈瓶中加入一定量的已交联的纤维素，3-氯-2-羟基丙磺酸钠、1mol/L二氧六环水溶液和1mol/L Na2CO3溶液，在50℃条件下搅拌反应一定时间后滤出产物，将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；洗净后真空干燥得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素醚，即一种芦苇秆吸附材料。
实施例二：
选用天然成熟的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干、磨粉、并过70目筛，用9%的HNO3回流3h，再用5%NaOH回流2h，水洗后干燥得芦苇秆纤维素；取制得的纤维素20g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为3mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流2h，过滤，以丙酮和水交叉洗涤至中性，在80℃下干燥得浅黄色交联纤维素；在装有回流冷凝管和搅拌器的三颈瓶中加入一定量的已交联的纤维素，3-氯-2-羟基丙磺酸钠、1mol/L二氧六环水溶液和1mol/L Na2CO3溶液，轻轻震荡摇匀，控温60℃条件下搅拌反应一定时间后滤出产物，将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；洗净后真空干燥得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素醚，即一种芦苇秆吸附材料。
实施例三：
选用天然成熟的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干、磨粉、并过70目筛，用8%的HNO3回流3h，再用4%NaOH回流2h，用水洗后干燥得芦苇秆纤维素；取制得的纤维素20g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为3mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流2h，过滤；以丙酮和水交叉洗涤至中性，在70℃下干燥得浅黄色交联纤维素；将取制得的交联纤维素30g倒入烧杯中，烧杯置于20℃水浴环境中，再往烧杯加入亚硫酸氢纳20g，亚硫酸纳20g、水100g，并用电动搅拌器不停搅拌，反应2h后，再往容器中加入1mol/L二氧六环水溶液100ml和1mol/L Na2CO3溶液100ml，控温60℃条件下反应1h后滤出产物，将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；洗净后真空干燥即得芦苇秆吸附材料成品。

Claims (4)

1.一种芦苇秆改性制备吸附材料的方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：
⑴ 选用天然成熟的芦苇秆，进行清洗、捣碎、烘干、磨粉、过筛；
⑵ 将过筛的粉末用7%-9%的HNO3回流2-3h，再用3%-5%NaOH回流1-2h，水洗后干燥得芦苇秆纤维素；
⑶ 取步骤⑵制得的纤维素10-20g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为2-3mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流1-2h，过滤；
⑷ 以丙酮和水交叉洗涤至中性，在60-80℃下干燥得浅黄色交联纤维素；
⑸ 在装有回流冷凝管和搅拌器的三颈瓶中加入一定量的已交联的纤维素、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、1mol/L二氧六环水溶液和1mol/L Na2CO3溶液，轻轻震荡摇匀；
⑹控温50-60℃条件下搅拌反应一定时间后滤出产物；
⑺将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；
⑻ 洗净后真空干燥得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素醚，即一种芦苇秆吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种天然芦苇秆吸附材料的制备方法，其特征在于，在步骤⑴中所过的筛为70目。
3.根据权利要求1所述的一种天然芦苇秆吸附材料的制备方法，其特征在于，在步骤⑸中加料顺序依次是先加已交联的纤维素和3-氯-2-羟基丙磺酸钠，再加入二氧六环水溶液和Na2CO3溶液。
4.根据权利要求1所述的一种天然芦苇秆吸附材料的制备方法，其特征在于，在步骤⑸中所述加入的3-氯-2-羟基丙磺酸钠的制备方法包括如下步骤：
⑴ 在装有搅拌器、滴液漏斗和冷凝管的三颈瓶中加入适量水、焦亚硫酸钠和催化剂；
⑵ 在磁力搅拌下,升温至75-80℃，漫漫滴加环氧氯丙烷；
⑶ 加料完毕，于85℃下反应4-5h，将反应物趁热倒出；
⑷ 把到出反应物冷却至5℃以下使产物结晶，离心脱去溶剂，经重结晶得精品。
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