CN104383900A - 聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，本发明涉及应用于水处理的吸附剂，它为了解决传统吸附剂吸附能力有限且缺乏再生能力的问题。制备方法：一、块状玉米芯清洗后烘干，得到干燥玉米芯；二、将吡咯单体溶解于去离子水中，得到吡咯单体溶液；三、将干燥玉米芯置于吡咯单体溶液中，得到混合反应液；四、将FeCl3·6H2O溶于去离子水中得到FeCl3溶液，然后滴加到混合反应液中得到含有改性玉米芯块体的反应液；五、从反应液中分离出改性玉米芯块体，清洗烘干后得到玉米芯复合吸附剂。本发明利用农作物废料玉米芯作原料，成本低，材料的机械强度高，制得的改性玉米芯复合吸附剂对水中Cr(VI)的处理效果良好，便于回收。

Description

聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于水处理的吸附剂，具体涉及一种聚吡咯(PPy)改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法。
背景技术
随着近年来皮革、电镀等工业的飞速发展，水体中重金属污染问题日趋严重，严重威胁人类健康。当前，吸附技术是重金属净化手段中的应用较多的技术，但是相应吸附剂材料普遍存在制备投资大、成本高、回收再利用困难，易引起二次污染等“瓶颈”。因此，开发成本低廉、环境友好、可循环使用的新型吸附材料，对于水体中重金属的去除具有重要的意义。
生物质材料玉米芯是一种农作物废料，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素属于多羟基葡萄糖聚合物，分子内含有大量亲水性的羟基官能团，使其具有一定的亲和吸附性，并能够为水体中重金属离子的吸附去除提供丰富有效的活性位点。玉米芯具有天然的理想微纳米结构，由层状结构堆积成的孔结构，层厚约300nm，且具有轻质、高机械强度、大比表面积、耐高温等优质性质。导电高分子，特别是聚吡咯(PPy)，其性质稳定，不溶于水，近年来在Cr(VI)吸附方面体现了重要应用。
发明内容
本发明的目的是针对传统吸附剂吸附能力有限且缺乏再生能力的问题，而提供聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法。
本发明聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法按以下步骤实现：
一、用机械法将玉米芯取出，粉碎成块状玉米芯，然后依次用无水乙醇和去离子水对块状玉米芯进行清洗，再用鼓风干燥箱烘干，得到干燥玉米芯；
二、将吡咯单体溶解于去离子水中，磁力搅拌均匀，得到吡咯单体溶液；
三、将步骤一得到的干燥玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中，磁力搅拌均匀，得到混合反应液；
四、将FeCl3·6H2O溶于去离子水中，搅拌5～10min，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3·6H2O与吡咯单体的摩尔比为1：1将FeCl3溶液滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌，得到含有改性玉米芯块体的反应液；
五、从步骤四所得的含有改性玉米芯块体的反应液中分离出改性玉米芯块体，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，最后用鼓风干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂。
本发明所选用的吸附材料玉米芯既具有宏观颗粒的性质又具有微观材料的结构，能够克服以往宏观吸附材料比表面积有限及纳米材料成本高的缺点，用导电高分子聚吡咯(PPy)对天然玉米芯进行改性，能够有选择性的对重金属进行吸附，有利于资源回收。
在玉米芯与吡咯单体的质量比为1:1，温度25±1℃、转速r＝150r/min，初始PH＝3.0、Cr(VI)的初始浓度C0＝122.85mg/L的实验条件下，该聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂与Cr(VI)溶液在恒温空气振荡器中接触反应24h。Cr(VI)的去除率可达到98.35％。显示出本发明制备得到的吸附剂对水中Cr(VI)有良好的吸附去除作用。
附图说明
图1为原料天然玉米芯的形貌图；
图2为聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的形貌图；
图3为玉米芯微观结构的电子扫描显微镜图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法按以下步骤实施：
一、用机械法将玉米芯取出，粉碎成块状玉米芯，然后依次用无水乙醇和去离子水对块状玉米芯进行清洗，再用鼓风干燥箱烘干，得到干燥玉米芯；
二、将吡咯单体溶解于去离子水中，磁力搅拌均匀，得到吡咯单体溶液；
三、将步骤一得到的干燥玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中，磁力搅拌均匀，得到混合反应液；
四、将FeCl3·6H2O溶于去离子水中，搅拌5～10min，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3·6H2O与吡咯单体的摩尔比为1：1将FeCl3溶液滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌，得到含有改性玉米芯块体的反应液；
五、从步骤四所得的含有改性玉米芯块体的反应液中分离出改性玉米芯块体，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，最后用鼓风干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂。
本实施方式的制备方法简单，利用农作物废料玉米芯，成本低，材料的机械强度高，制得的改性玉米芯复合吸附剂的效果好，便于回收，有利于保护环境，实现可持续发展。
本实施方式所用原料玉米芯为块体状农作物废料(图1)，硬而富有弹性，坚固耐用。经聚吡咯(PPy)改性的玉米芯吸附剂仍保持其块体结构，颜色变为黑色(图2)。
图3为玉米芯微观结构的电子扫描显微镜照片，由该图显示出玉米芯的微观结构，玉米芯界面清晰均匀，是由薄片层状结构堆积成的中空结构，层厚约300nm，比表面积很大，有利于吸附过程的进行。生长完聚吡咯后，微观网络片层结构保持不变。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的块状玉米芯的尺寸为0.5～2cm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二磁力搅拌的时间为5～10min。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三按干燥玉米芯和吡咯单体的质量比为1～3将步骤一得到的干燥的玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三磁力搅拌的时间为3～8h。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四按FeCl3·6H2O与吡咯单体的摩尔比为1：1将FeCl3溶液滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌，其中搅拌的时间为0.5～1.5h。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一和步骤五用鼓风干燥箱于45℃～60℃温度下烘干10～14h。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
实施例一：本实施例聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法按以下步骤实现：
一、用机械法将玉米芯取出，粉碎成0.5～2cm大小块状玉米芯，然后依次用无水乙醇和去离子水对块状玉米芯进行清洗，再用鼓风干燥箱于45℃下烘干12h，得到0.2g干燥玉米芯；
二、将0.2g吡咯单体溶解于50ml去离子水中，磁力搅拌5min，得到吡咯单体溶液；
三、将步骤一得到的干燥玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中，磁力搅拌4h，得到混合反应液；
四、将0.8g FeCl3·6H2O溶于5ml去离子水中，搅拌5～10min，得到FeCl3溶液，再将FeCl3溶液缓慢滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌30min，使其充分反应，得到含有改性玉米芯块体的反应液；
五、用镊子从含有改性玉米芯块体的反应液中取出改性玉米芯块体，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，最后用鼓风干燥箱于45℃下烘干12h，得到聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂。
在玉米芯与吡咯单体的质量比为1:1，温度25±1℃、转速r＝150r/min，初始PH＝3.0、Cr(VI)的初始浓度C0＝122.85mg/L实验条件下，该聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂与Cr(VI)溶液在恒温空气振荡器中接触反应24h。Cr(VI)的去除率可达到98.35％。
实施例二：本实施例聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法按以下步骤实现：
一、用机械法将玉米芯取出，粉碎成0.5～2cm大小块状玉米芯，然后依次用无水乙醇和去离子水对块状玉米芯进行清洗，再用鼓风干燥箱于45℃下烘干12h，得到0.2g干燥玉米芯；
二、将0.4g吡咯单体溶解于100ml去离子水中，磁力搅拌10min，得到吡咯单体溶液；
三、将步骤一得到的干燥玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中，磁力搅拌4h，得到混合反应液；
四、将1.6g FeCl3·6H2O溶于10ml去离子水中，搅拌使其充分溶解，得到FeCl3溶液，再将FeCl3溶液缓慢滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌60min，得到含有改性玉米芯块体的反应液；
五、用镊子从含有改性玉米芯块体的反应液中取出改性玉米芯块体，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，最后用鼓风干燥箱于45℃下烘干12h，得到聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂。
在玉米芯与吡咯单体的质量比为1:2，温度25±1℃、转速r＝150r/min，初始PH＝3.0、Cr(VI)的初始浓度C0＝122.85mg/L实验条件下，该聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂与Cr(VI)溶液在恒温空气振荡器中接触反应24h。Cr(VI)的去除率可达到98.86％。

Claims (7)

1.聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、用机械法将玉米芯取出，粉碎成块状玉米芯，然后依次用无水乙醇和去离子水对块状玉米芯进行清洗，再用鼓风干燥箱烘干，得到干燥玉米芯；
二、将吡咯单体溶解于去离子水中，磁力搅拌均匀，得到吡咯单体溶液；
三、将步骤一得到的干燥玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中，磁力搅拌均匀，得到混合反应液；
四、将FeCl3·6H2O溶于去离子水中，搅拌5～10min，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3·6H2O与吡咯单体的摩尔比为1：1将FeCl3溶液滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌，得到含有改性玉米芯块体的反应液；
五、从步骤四所得的含有改性玉米芯块体的反应液中分离出改性玉米芯块体，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗干净，最后用鼓风干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂。
2.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的块状玉米芯的尺寸为0.5～2cm。
3.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤二磁力搅拌的时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤三按干燥玉米芯和吡咯单体的质量比为1～3将步骤一得到的干燥的玉米芯置于步骤二的吡咯单体溶液中。
5.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤三磁力搅拌的时间为3～8h。
6.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤四按FeCl3·6H2O与吡咯单体的摩尔比为1：1将FeCl3溶液滴加到步骤三所得的混合反应液中，并保持搅拌，其中搅拌的时间为0.5～1.5h。
7.根据权利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯复合吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一和步骤五用鼓风干燥箱于45℃～60℃的温度下烘干10～14h。
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