CN104562632B - 一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法及应用。所述方法步骤如下：一、先用沸水蒸煮黄麻纤维，然后用氢氧化钠溶液浸泡上述黄麻纤维，烘干后保存；二、将步骤一预处理后的黄麻纤维与络合基团活性单体加入到溶液中，反应在微波炉内进行，反应结束后取出材料，清洗后将产物置于烘箱内烘干至恒重，得到黄麻基改性吸附材料，可用于突发重金属污染和常规重金属废水处理中，有效降低水的硬度。本发明在制备过程中采用微波辐照技术对基体进行快速接枝改性制备络合功能纤维，充分利用了微波的非热效应和接枝穿透力强的优点，能够更快速高效地完成化学接枝反应，制备时间大大缩短，并且操作简单、方便易行。

Description

一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法及应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法及应用。

背景技术

近年来，随着社会经济的迅速发展，我国水体突发性重金属污染事件频发，这不仅对我们赖以生存的环境造成破坏和污染，而且严重威胁着人类的安全健康。目前能实际应用的应急处置方法还很有限，主要采用混凝沉淀方法，该方法虽能使水体中的溶解态重金属含量达标，但水体中重金属的总量并未下降，而且还存在投资高、处置效率低、现场适用性较差和极易引发二次污染等问题。采用吸附法去除水中污染物不需要添加其他药剂，反应速度快，处理效率高，易于操作且适用性广，比混凝沉淀法更有优势。

目前在突发重金属污染应急吸附处置中，使用形态自由度大、应用灵活和机械强度好的纤维状吸附材料已经成为一种趋势，但是存在着制备方法时间长和材料较难获得或价格昂贵等现实问题，因此，快速研发廉价高效的纤维状吸附材料对突发重金属污染的应急处置显得尤为重要。

黄麻纤维是一类数量丰富、来源广泛、廉价易得的吸附原材料，含有丰富的纤维素，机械强度高。我们可以通过化学接枝手段在黄麻纤维上引入一种或多种对重金属离子(如铜离子等)有很强吸附能力的络合基团(如羧基和氨基等)，达到快速高效去除重金属的目的。但是之前针对重金属离子纤维吸附材料的研究多选用较为昂贵的商用纤维(如聚丙烯腈纤维的改性-中国专利申请号：201410120143.6)，或者即使选用廉价易得的农林废弃物，但其改性周期相对较长(如农作物秸秆的改性-中国专利申请号：201410160822.6；改性纤维素的制备方法-中国专利申请号：201310483542.4)，这些材料都在实际应急工程中难以实施。

发明内容

为了解决目前突发重金属水污染应急处置技术匮乏、处置材料难于回收或流阻大难以施用等现实问题，本发明提供了一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法及应用。该方法可以快速制备应急处置现场适用性强、环境友好型的纤维状吸附材料，原料来源广泛、廉价易得，而且制备方法快速简单、易于实现工业化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法，通过微波辐照用络合基团活性单体对预处理后黄麻纤维表面进行直接接枝反应，具体实施方式步骤如下：

一、原纤维的预处理

先用沸水蒸煮黄麻纤维10～60min，然后用氢氧化钠溶液浸泡上述黄麻纤维5～30min，烘干后保存。

本步骤中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1～30％。

二、预处理纤维的微波快速改性

将步骤一预处理后的黄麻纤维与络合基团活性单体按照1～3∶1～6的质量比加入到溶液中，反应在微波炉内进行，调节温度在50～120℃，反应时间控制在5～30min，取出材料，清洗后将产物置于烘箱内烘干至恒重，得到黄麻基改性吸附材料。

本步骤中，所述络合基团活性单体为均苯四甲酸二酐或乙二胺四乙酸酸酐。当络合基团活性单体为均苯四甲酸二酐或乙二胺四乙酸酸酐时，其与步骤一预处理后的黄麻纤维直接接枝。

本步骤中，所述黄麻纤维与络合基团活性单体的质量比优选为1～2∶1～3。

本步骤中，所述溶液可选用水、N，N-二甲基甲酰胺和吡啶等中一种。

本步骤中，所述烘干温度为70～100℃。

上述方法制备的黄麻基改性吸附材料可用于突发重金属污染和常规重金属废水处理中，有效降低水的硬度，具体步骤如下：

在不改变初始铜离子溶液pH的条件下，室温下对20～500mg/L的铜离子进行静态吸附，30min内即可达到吸附平衡，其吸附容量为30～110mg/g。

本发明相比于现有技术，具有如下优点：

1、本发明在制备过程中采用微波辐照技术对基体进行快速接枝改性制备络合功能纤维，充分利用了微波的非热效应和接枝穿透力强的优点，在吸附容量为30～110mg/g的情况下，30min内即可达到吸附平衡，更快速高效地完成化学接枝反应，制备时间大大缩短，并且操作简单、方便易行。

2、本发明选用的原料黄麻纤维来源广泛，廉价易得，易于工业化。

3、本发明选用络合基团活性单体为均苯四甲酸二酐或乙二胺四乙酸酸酐，使得纤维基体上具有氨基，二者具有协同作用，易与重金属离子形成络合物。

4、本发明快速研制的黄麻基改性吸附材料机械强度高且保持纤维形状，使用灵活，便于回收利用，现场适用性更强。

5、本发明为在突发重金属水污染时能快速制备、快速投放、快速回收更换、流阻小、传质吸附效果好等高效应急处置需求提供了技术支撑。

6、本发明的纤维素基改性吸附剂既可应用于实际突发重金属污染的吸附处理，也可应用于常规重金属废水的处理，其成果解决了影响重金属水污染的处置效率及响应速度提高的瓶颈问题，具有重要的环境、经济意义。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1：

本实施例以黄麻纤维为吸附原材料，选择铜离子作为目标污染物，具体技术方案如下：

一、先用沸水蒸煮原态黄麻15min，然后用20％氢氧化钠浸泡，10min后用去离子水洗涤至中性后置于烘箱下烘干。

二、将步骤一预处理后的黄麻纤维与均苯四甲酸二酐以一定的质量配比(1∶2)加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液中，在微波炉内调节温度至90℃，反应10min后取出材料，清洗后将产物置于80℃下烘干至恒重，得到微波法制备的黄麻基改性吸附材料。

反应方程式如下：

取上述方法制备的改性黄麻0.2g于250mL的螺口瓶，加入100mL的一系列浓度的Cu(II)溶液，在室温、不改变溶液pH条件下进行静态吸附，其吸附容量为43.56mg/g，30min即可达到吸附平衡。

实施例2：

本实施例以黄麻纤维为吸附原材料，选择铜离子作为目标污染物，并进行水浴加热实验对比，具体技术方案如下：

一、先用沸水蒸煮原态黄麻30min，然后用20％氢氧化钠浸泡，15min后用去离子水洗涤至中性后置于烘箱下烘干。

二、将步骤一预处理后的黄麻纤维与乙二胺四乙酸二酐以一定的质量配比(2∶1)加入到吡啶中，在微波炉内调节温度至90℃，反应5min后取出材料，清洗后将产物置于80℃下烘干至恒重，得到微波法制备的黄麻基改性吸附材料。

反应方程式如下：

取上述方法制备的改性黄麻0.1g于250mL的螺口瓶，加入100mL的一系列浓度的Cu(II)溶液，在室温、不改变溶液pH条件下进行静态吸附，其吸附容量约为102.70mg/g，20min即可达到吸附平衡。

Claims (5)

1.一种微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、原纤维的预处理

先用沸水蒸煮黄麻纤维10~60min，然后用氢氧化钠溶液浸泡上述黄麻纤维5~30min，烘干后保存；

二、预处理纤维的微波快速改性

将步骤一预处理后的黄麻纤维与络合基团活性单体按照1~2:1~3的质量比加入到溶液中，所述络合基团活性单体为均苯四甲酸二酐或乙二胺四乙酸酸酐，反应在微波炉内进行，调节温度在50~120℃，反应时间控制在5~30min，取出材料，清洗后将产物置于烘箱内烘干至恒重，得到黄麻基改性吸附材料。

2.根据权利要求1所述的微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法，其特征在于所述步骤一中，氢氧化钠溶液的质量浓度为1~30%。

3.根据权利要求1所述的微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法，其特征在于所述步骤二中，溶液为水、N,N-二甲基甲酰胺和吡啶中一种。

4.根据权利要求1所述的微波快速改性黄麻制备重金属离子交换纤维的方法，其特征在于所述步骤二中，烘干温度为70~100℃。

5.一种权利要求1所述方法制备的重金属离子交换纤维用于突发重金属污染和常规重金属废水处理中。