CN105561941A - 一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备 - Google Patents

一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法，其特征在于，将棉秆用水中浸泡，剥取棉秆外层的皮、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；再用氢氧化钠处理，得到脱胶棉秆皮；再用环氧氯丙烷处理脱胶棉秆皮，得到环氧基化棉秆皮；最后，在反应器中加入，去离子水：60~70%，椰油酰胺丙基甜菜碱：8~16%，环氧基化棉秆皮：20~28%，各组分之和为百分之百，氮气保护，搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理80~120？min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。该吸附剂对油脂具有很高的吸附容量，优良的物理化学和机械性能，再生能力强，反复使用次数多，既成本低又绿色环保。

Description

一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备
技术领域
本发明涉及一种生物吸附剂的制备方法，属于水处理技术领域，适于含油污水的除油净化，特别涉及一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备及应用技术。
背景技术
含油废水主要来源于石油工业的采油、炼油、贮油、运输以及石油化工生产等过程，油品进入水体后，会在表层形成水膜，阻止氧气溶入水体，从而导致水体缺氧、生物死亡、造成严重的环境污染。目前我国颁布的《中华人民共和国海洋环境保护法》等法规规定，含油废水最高允许排放浓度为10mg/L。所以，含油废水的处理成为当下石油化工产业和环境保护等多个领域亟待解决的问题。吸附法是众多处理工艺中的一种，近年来国内外许多学者对吸附法处理含油废水的研究多集中在提高吸附剂的吸附效率，探究吸附剂的改性方法等。其吸附法具有工艺简单，吸附率高，适用范围广，性质稳定等特点在污水处理中得到广泛应用。用于含油废水吸附的吸附剂有活性炭、膨胀石墨、改性膨润土、改性粉煤灰、蛇纹石、凹凸棒石、沸石等。高赛男等研究了采油废水生物处理法出水活性炭吸附试验，（高赛男等.采油废水生物处理法出水活性炭吸附试验研究.环境科学与技术，2010-12,33(12):56-65）；王淑钊等研究了膨胀石墨对含油废水的吸附性能，（王淑钊等.膨胀石墨对含油废水的吸附性能研究.科技创新导报.2012(22):7-8）；舒明勇等研究了改性膨润土处理乳化液废水的试验,舒明勇等.改性膨润土处理乳化液废水的试验研究.化学工程师，2012(8):34-38）；邓慧等研究了粉煤灰去除含油废水的应用，（邓慧等我国利用粉煤灰去除含油废水的应用研究.粉煤灰，2012(3):10-14）。
椰油酰胺丙基甜菜碱，淡黄色透明黏稠液体，易溶于水，具有优良的性能，极低刺激性的两性表面活性剂，本品是一种双官能团化合物，含烷基官能团和酰胺基官能团，烷基具有优良的吸油性能，酰胺基具有良好的活性可以与多种基团结合，因此，椰油酰胺丙基甜菜碱很容易改性固体惰性物质，使其具有吸油的特性，又不使椰油酰胺丙基甜菜碱溶解于水而流失。用月桂酰胺丙基甜菜碱改性的材料具有很强的亲油性，是很好的吸油材料。
秸秆纤维是地球上巨大的再生天然高分子资源。从资源的可持续利用、保护环境出发,人们对于能再生的秸秆纤维的利用寄予很大的期望。近年来,生态问题和全球变暖已经唤醒用天然材料生产绿色产品和降低CO2排放的意识。利用秸秆纤维资源是环境保护的一个长远发展方向。
我国是世界上产棉大国，棉花种植面积在50多万公顷。棉秆是棉农摘取棉花后的废弃物，棉秆皮是生长在棉秆表面的一种优良的韧皮。每公顷棉田产棉秆在4000kg左右，而棉秆皮占26%左右，我国棉秆年产量达到1500多万吨，有棉秆皮约400多万吨，以此我国的棉秆皮资源及其丰富。棉秆作为农业废料，在农村大多作为燃料烧掉，其余无法利用变为废料，十分可惜。产量很高，但大多被废弃，造成了资源浪费。为了响应国家加快推进秸秆的综合利用，促进资源节约、环境保护和农民增收的号召，越来越多的研究人员将秸秆的利用研究作为研究热点。充分利用好这些可创造可观的经济效益，我们利用棉秆皮纤维素合成新型吸附剂用于水体中重金属离子的吸附，这种吸附剂具有天然、绿色、可生物降解、机械强度大、抗腐蚀能力强等特点，棉秆皮作为吸附剂可再生重复使用多次，而且对重金属有较大吸附容量，国外对棉秆皮化学改性制备吸附剂和吸附性能的研究报道的很少，申请号为：201110276178.5的中国专利中公开了一种巯基棉秆皮吸附剂的制备方法及应用其特征是：在具塞的三角瓶中，按如下组成质量百分比加入，硫代乙醇酸：48~52%，四氢呋喃：36~46%，乙酸酐：2~4%，浓硫酸：0.2~0.5%，脱胶棉秆皮：12~20%，加塞，于55~65℃下,搅拌下回流3~4h，然后用去离子水洗涤、抽滤、至滤液呈中性为止，用少量乙醇洗涤后，放在35℃烘箱中干燥，得到巯基棉秆皮。获得的巯基棉秆皮对Cd2+的吸附容量可高达1.62mmol/g，最高吸附率可达98.8%，对Pb2+的最大吸附量为1.59mmol/gg,对Hg2+的吸附容量最高为1.26mmol/g，对Cu2+的最大吸附量为1.69mmol/g，对Fe的吸附容量最高为1.45mmol/g。天然高分子材料被利用作为吸附剂具有可再生、可降解、环保友好、廉价等优点，是重要的生物资源。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法，主要使获取的种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂在废水中对油脂的吸附容量更大。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~70%，氢氧化钠：4~10%，OP-10：2~4%，预处理棉秆皮：20~28%，各组分之和为百分之百，室温浸泡18~20h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡10~12h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：40~50%，环氧氯丙烷：36~43%，脱胶棉秆皮：12~20%，各组分之和为百分之百，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应8~10h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~70%，椰油酰胺丙基甜菜碱：8~16%，环氧基化棉秆皮：20~28%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理80~120min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
本发明的另一目的是提供椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂在水体系中对油的吸附，特点为：将制备好的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂用去离子水浸泡0.5~1.0h，按静态法吸附。
将制备好的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂用去离子水浸泡0.5~1.0h，按动态法吸附，流速为5.0mL/min。
本发明的优点及效果是：
（1）本发明获得的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂具有良好的物理化学稳定性和优异的机械强度，吸附容量可达158.6mg/g，反复使用次数可达8次以上;
（2）本发明获得的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂对水体中各种油脂（如原油、柴油、润滑油、机油、植物油、汽油等）均有较好吸附和洗脱，吸附效率高，吸附的速度快，解吸性能好，能够在较宽的酸碱范围内使用；
（3）由于椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的密度小，可以漂浮在水体表面，与油脂接触的机会多，对油的的去除率高，是天然绿色产品，可生物降解，环保；
（4）合成的过程要求的条件容易控制，能耗低，操作简单，再生资源利用，易于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，分别加入，去离子水：70mL，氢氧化钠：7g，OP-10：3g，预处理棉秆皮：20g，室温浸泡19h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡11h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：57mL，环氧氯丙烷：33mL，脱胶棉秆皮：15g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应9h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：65mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：12g，环氧基化棉秆皮：23g，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理100min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
实施例2
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，分别加入，去离子水：64mL，氢氧化钠：4g，OP-10：4g，预处理棉秆皮：28g，室温浸泡18h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡10h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：63mL，环氧氯丙烷：30mL，脱胶棉秆皮：14g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应8h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：70mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：8g，环氧基化棉秆皮：22g，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理80min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
实施例3
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，分别加入，去离子水：62mL，氢氧化钠：10g，OP-10：2g，预处理棉秆皮：26g，室温浸泡20h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡12h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：53mL，环氧氯丙烷：32mL，脱胶棉秆皮：20g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应10h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：60mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：13g，环氧基化棉秆皮：27g，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理120min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
实施例4
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，分别加入，去离子水：60mL，氢氧化钠：8g，OP-10：4g，预处理棉秆皮：28g，室温浸泡18.5h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡10.5h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：60mL，环氧氯丙烷：34mL，脱胶棉秆皮：20g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应8.5h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：62mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：16g，环氧基化棉秆皮：22g，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理90min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
实施例5
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，分别加入，去离子水：66mL，氢氧化钠：8g，OP-10：2g，预处理棉秆皮：24g，室温浸泡19.5h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡11.5h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：50mL，环氧氯丙烷：36mL，脱胶棉秆皮：17g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应9.5h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：68mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：12g，环氧基化棉秆皮：20g，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理110min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
实施例6
称取1.0g椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂置于250mL具塞锥形瓶中，加入100mL浓度为1000mg/L润滑油溶液中，以酸或碱调节体系的pH值为4.5~10.5范围内，在室温下震荡吸附0.5~2h，取上清液，用红外光谱测油仪测定溶液中油的浓度，根据吸附前后水中油的浓度差，计算出椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的吸附容量，其吸附容量最高可达到158.6mg/g，pH值在5.5~9.5范围内吸附剂对油的吸附没有影响，，在室温下震荡吸附0.5h以上，吸附剂对油的吸附达到饱和。
实施例7
称取1.0g椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂置于250mL具塞锥形瓶中，加入100mL浓度为100mg/L含油溶液中，以酸或碱调节体系的pH值为7.0，在室温下震荡吸附1h，取上清液，用红外光谱测油仪测定溶液中油的浓度，根据吸附前后水中油的浓度差，计算出椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂对油的去除率，最高可达99%。

Claims (4)

1.一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：
（1）棉秆皮预处理：将棉秆在室温下，用水中浸泡3~4天，剥取棉秆外层的皮、水洗、去杂、干燥后进行粉碎，得预处理棉秆皮；
（2）棉秆皮脱胶：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~70%，氢氧化钠：4~10%，OP-10：2~4%，预处理棉秆皮：20~28%，各组分之和为百分之百，室温浸泡18~20h，再煮沸20min，冷却后，过滤，用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡10~12h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到脱胶棉秆皮；
（3）环氧基化棉秆皮制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：40~50%，环氧氯丙烷：36~43%，脱胶棉秆皮：12~20%，各组分之和为百分之百，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应8~10h，反应完毕后用乙醇回流洗涤，除去表面粘附的环氧氯丙烷，取出后再用去离子水洗涤，放干燥箱中干燥，得到环氧基化棉秆皮；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~70%，椰油酰胺丙基甜菜碱：8~16%，环氧基化棉秆皮：20~28%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于60±2℃恒温、搅拌均匀后置于55kHz超声波中处理80~120min，取出后固液分离，分离后的固体用去离子水洗涤，洗至滤液呈中性为止，干燥，得到椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮。
2.根据权利要求1中所述的一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所用的仪器设备、试剂不能含水。
3.根据权利要求1中所述的一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法所制备的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂，其特征在于，椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮作为吸附剂对废水中原油、柴油、润滑油、机油、植物油、汽油的油脂吸附除去的应用。
4.根据权利要求1中所述的一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂的制备方法所制备的椰油酰胺丙基甜菜碱改性棉秆皮吸附剂。
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