CN105289552B - 一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法，涉及到一种双硫脲功能化超细纤维的制备及应用，属于功能材料和重金属快速吸附处理技术领域。具体是将对汞离子有强配位络合能力的双硫脲对基体纤维材料进行改性，利用静态吸附去除水溶液中汞离子的方法。本发明能将水溶液中汞离子彻底去除，具有吸附材料来源广泛、成本低廉，操作简单、去除快捷高效、选择性高，吸附容量大等优点。

Description

一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法
技术领域
本发明涉及功能材料和重金属快速吸附处理技术领域，具体地说，涉及一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法。
背景技术
随着全球工业的快速发展，尤其是金属加工、电镀、电池等涉及含高浓度重金属离子废水行业的兴起，导致水体环境中重金属污染日益严重，而其中最常见的就是重金属汞的污染。汞离子通过化石燃料的燃烧和浪费以及药物、荧光产品、温度计等不同来源进入水体环境，其生物降解能力差，可通过食物链富集在人体器官内，导致神经损伤、运动失调，视力下降，听力减弱，情绪波动等症状，严重时会导致心力衰竭，甚至死亡，死亡率高达40％。因此，为美化人类的生活环境，减少健康危害，最小化废水中Hg2+浓度，使其达到国家排放标准，是目前亟待解决的问题。
吸附法由于成本低廉、吸附性能优良，是最简单、有效去除水体重金属离子的方法之一。螯合纤维是含有对重金属离子具有特殊吸附能力的功能基团的离子交换纤维。相比较其他吸附剂，由于螯合官能团的引入，使其有着吸附容量高、吸附速率快、选择性好的优良性能，同时，螯合纤维还具有比表面积大、吸附动力高、吸附材料成本低廉等优势，受到相关领域学者的高度重视。
双硫脲分子中S和N原子上具有孤对电子，可与汞离子形成配位络合物。本发明在聚丙烯酸接枝聚丙烯超细纤维的基础上，通过酰胺缩合剂与双硫脲的缩合反应，将对Hg2+离子具有高度络合能力的双硫脲修饰在超细纤维表面，实现了对水体中汞离子的快速、高效吸附去除。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双硫脲功能化超细纤维的环保、高效且经济实用、合成工艺简便的汞离子吸附去除方法，该材料具有优良的汞离子吸附性能，可采用静态吸附法去除水中的汞离子，使用后不会造成二次污染。
本发明所采用的技术方案如下：
首先采用酰胺缩合剂活化聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维，然后再与双硫脲反应制备双硫脲功能化超细纤维，并提供了该纤维在一定pH值条件下，通过吸附除去水中汞离子的方法。
一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法，包括以下步骤：
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维与酰胺缩合剂置入烧杯中，二者按照超细纤维羧基含量与酰胺缩合剂摩尔比1∶1～2加入，取一定pH值的缓冲溶液，加入烧杯中，室温25℃下搅拌反应0.5～3h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化的超细纤维置于一定pH的缓冲溶液中，按照酰胺缩合剂：双硫脲摩尔比为1∶1～2加入双硫脲，室温下搅拌反应1～6h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用；
b.水中汞离子的快速吸附应用
取一定量的双硫脲功能化超细纤维，置于汞离子水溶液中，调节溶液pH值，搅拌吸附。
本发明的优点是：
1)功能化超细纤维的活性基团大多存在于纤维表面，减少了离子的扩散过程，纤维状的物理形态使其与吸附质具有较大的接触面积，而对流体的阻力较小，大大提高了离子交换的速度，吸附量大、效率高，而且使用方便，易于回收；
2)利用双硫脲与汞离子络合稳定常数高的优势，通过化学改性将双硫脲功能化修饰在超细纤维表面，大大提高了纤维表面与汞离子的亲和力，提高了吸附容量和去除效率。
3)本发明的制备工艺简单、成本低廉、便于大规模制备，功能化材料可将水中汞离子彻底去除，应用于含汞废水的吸附除去具有操作简单、成本低、去除率高、选择性好。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维(羧基含量0.0058mol)，0.0058mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.0058mol N-羟基琥珀酰亚胺加入到的烧杯中，量取100mLpH 6.0的缓冲溶液，室温下搅拌反应0.5h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化纤维置于100mL pH 7.2的缓冲溶液中，并加入0.0058mol的双硫脲，混合均匀后在室温下搅拌反应2h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用。
b.水中汞离子的快速吸附应用
称取50mg的双硫脲功能化超细纤维，置于50mL10mg/L汞离子水中，pH值调至5，恒温25℃，水浴振荡2h取出，功能化螯合纤维对汞离子的平衡吸附容量为11mg/g，去除率在98％以上。
实施例2
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将5.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维(羧基含量0.015mol)，0.015mol二环己基碳二亚胺加入到的烧杯中，量取200mLpH 5的缓冲溶液，室温下搅拌反应1h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化纤维置于100mL pH 6.8的缓冲溶液中，并加入0.03mol的双硫脲，混合均匀后在室温下搅拌反应3h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用。
b.水中汞离子的快速吸附应用
称取100mg的双硫脲功能化超细纤维，置于100mL20mg/L汞离子水中，pH值调至6，恒温25℃，水浴振荡10min取出，功能化螯合纤维对汞离子的平衡吸附容量为11.6mg/g，去除率在98％以上。
实施例3
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维(羧基含量0.02mol)，0.04mol N，N′-二异丙基碳二亚胺加入到的烧杯中，量取100mLpH 8的缓冲溶液，室温下搅拌反应2h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化纤维置于100mL pH 5.6的缓冲溶液中，并加入0.04mol的双硫脲，混合均匀后在室温下搅拌反应2h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用。
b.水中汞离子的快速吸附应用
称取50mg的双硫脲功能化超细纤维，置于100mL10mg/L汞离子水中，pH值调至5，恒温25℃，水浴振荡10min取出，功能化螯合纤维对汞离子的平衡吸附容量为10.8mg/g，去除率在97％以上。
实施例4
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将2.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维(羧基含量0.04mol)，0.06mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.06mol N-羟基琥珀酰亚胺加入到的烧杯中，量取100mLpH 6.0的缓冲溶液，室温下搅拌反应1h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化纤维置于100mL pH 7.2的缓冲溶液中，并加入0.06mol的双硫脲，混合均匀后在室温下搅拌反应2h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用。
b.水中汞离子的快速吸附应用
称取50mg的双硫脲功能化超细纤维，置于50mL10mg/L汞离子水中，pH值调至6，恒温25℃，水浴振荡10min取出，功能化螯合纤维对汞离子的平衡吸附容量为11.8mg/g，去除率在99％以上。

Claims (6)

1.一种基于双硫脲功能化超细纤维快速吸附水中汞离子的方法，包括双硫脲功能化超细纤维的制备以及水中汞离子快速吸附应用，具体如下：
a.双硫脲功能化超细纤维的制备
1)活化阶段：将聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维与酰胺缩合剂置入烧杯中，二者按照超细纤维羧基含量与酰胺缩合剂摩尔比1∶1～2加入，取pH值为3.0～8.2的缓冲溶液，加入烧杯中，室温25℃下搅拌反应0.5～3h；
2)酰胺化反应阶段：将上述活化的超细纤维置于pH值为4.8～9.4的缓冲溶液中，按照酰胺缩合剂：双硫脲摩尔比为1∶1～2加入双硫脲，室温下搅拌反应1～6h，待反应结束，用超纯水和无水乙醇洗涤多次，以除去附着在纤维上的单体和均聚物，40℃下真空干燥，备用；
b.水中汞离子的快速吸附应用
取一定量的双硫脲功能化超细纤维，置于汞离子水溶液中，调节溶液pH值，搅拌吸附。
2.根据权利要求1，其特征在于，步骤a中活化阶段所用的聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超细纤维接枝率为10～200％(wt％)。
3.根据权利要求1，其特征在于，步骤a中活化阶段所用的酰胺缩合剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、二环己基碳二亚胺、N，N′-二异丙基碳二亚胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1，其特征在于，步骤a中活化阶段所用的缓冲溶液由2-(N-吗啉)乙磺酸与水配制而成，浓度为0.05～0.3mol/L。
5.根据权利要求1，其特征在于，步骤a中酰胺化反应阶段所用的缓冲溶液由磷酸二氢钠、磷酸氢二钠与水配制而成，浓度为0.05～0.5mol/L。
6.根据权利要求1，其特征在于，步骤b中溶液的pH值用NaOH和HCl调配，pH为2～8。
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