CN105618001B - 一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备 - Google Patents

一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备 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丝瓜络吸附剂的制备方法，其特征在于，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；再用3~5mol/L HNO3处理，得到氧化丝瓜络；再用环氧氯丙烷处理氧化丝瓜络，得到环氧基化丝瓜络；最后，在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~66%，椰油酰胺丙基甜菜碱：5~12%，环氧基化丝瓜络：26~30%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于45~55℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理40~60 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丝瓜络。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丝瓜络吸附剂的制备
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丝瓜络吸附剂的制备及应用技术。
背景技术
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。
资源短缺和环境污染已经成为当今世界的两大主要问题，因此，利用天然可再生资源，开发环境友好型产品和技术将成为可持续发展的必然趋势。丝瓜络为葫芦科一年生草本植物丝瓜的成熟果实中的维管束或者说丝瓜的枯老果实。丝瓜是我国夏秋季节常用蔬菜，全国大多数的省区有产，为栽培品，丝瓜络是地球非常丰富的再生资源，具有质轻价廉、可降解和环境友好等特点，丝瓜络由多层丝状纤维交织而成的网状物，体轻，质坚韧，不能折断，同时含木聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等，而且其具有亲水性，还带有丰富的配位基、很容易进行化学改性，国内丝瓜络改性后作为吸附剂在金属离子吸附中的应用。
国内丝瓜络作为吸附剂在金属离子吸附中的应用,申请号为200810034734.6的专利中公开了丝瓜络对多种金属离子吸附性能及丝瓜络作为吸附剂在金属离子吸附中的应用，其中丝瓜络对Cu2+和Zn2+的脱附率均在40％左右，丝瓜络对Cu2+的吸附量分别为0.16mmol/g，对Zn2+的吸附量约为0.39mmol/g，在pH为1的体系中，脱附率分别为46%、47%；在申请号为200810034735.0 的专利中公开了丝瓜络的碱化改性方法及其应用，其碱处理丝瓜络对Zn2+的吸附量较Cu2+高，且吸附量差距较大，经原子吸收定量分析，丝瓜络对Cu2+的吸附量约为7~8mg/g，对Zn2+的吸附量约为21~22mg/g；在申请号为200810034737.X的专利中公开了醚化丝瓜络的制备方法及其在金属离子吸附中的应用，其醚化丝瓜络对Fe3+的最大吸附量为27.4mg/g。对Zn2+的最大吸附量为36.3mg/g；申请号为201110276244.9的专利中公开了柠檬酸丝瓜络制备方法剂应用，其柠檬酸丝瓜络对Cd2+的吸附容量可高达189mg/g，最高吸附率可达98.5%，对Pb2+的最大吸附量为285mg/g, 最高吸附率可达99.2%， 对亚甲基蓝的最大吸附量为316mg/g，最高吸附率可达96.2%，具有羧酸特性，可直接对水体中各种金属离子、有机染料的吸附和洗脱，在申请号为201510456613.6 的专利中公开了一种二甲基二烯丙基氯化铵改性丝瓜络吸附剂的制备，其对油的最大吸附容量为106.28 mg/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。
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10 mg/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）。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备方法，主要使获取的种椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络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丝瓜络吸附剂的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：
（1）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与3~5mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡8~10 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡24~28 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：43~53%，环氧氯丙烷：35~42%，氧化丝瓜络：10~18%，各组分之和为百分之百，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应4~6 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~66%，椰油酰胺丙基甜菜碱：5~12%，环氧基化丝瓜络：26~30%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于45~55℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理40~60 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丝瓜络。
本发明的另一目的是提供椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络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丝瓜络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丝瓜络吸附剂用去离子水浸泡0.5~1.0h，按动态法吸附，流速为4.0 mL/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丝瓜络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142.5 mg/g，反复使用次数可达10次以上;
（2）本发明获得的椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络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丝瓜络吸附剂的密度小，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）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与4mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡9 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡26 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：60 mL，环氧氯丙烷：32 mL，氧化丝瓜络：14g，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应5 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：63 mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：9g，环氧基化丝瓜络：28g，氮气保护，于50℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理50 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丝瓜络。
实施例2
（1）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与3mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡8 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡25 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：54 mL，环氧氯丙烷：33mL，氧化丝瓜络：18g，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应4 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：62 mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：12g，环氧基化丝瓜络：26g，氮气保护，于45℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理40 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丝瓜络。
实施例3
（1）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与5mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡10 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡27 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：53 mL，环氧氯丙烷：35 mL，氧化丝瓜络：16g，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应6 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：64 mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：6g，环氧基化丝瓜络：30g，氮气保护，于55℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理60 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丝瓜络。
实施例4
（1）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与3.5mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡8.5 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡24 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：63 mL，环氧氯丙烷：34mL，氧化丝瓜络：10g，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应4.5 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：66 mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：7g，环氧基化丝瓜络：27g，氮气保护，于48℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理55 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丝瓜络。
实施例5
（1）丝瓜络预处理： 丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
（2）氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与4.5mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡9.5 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡28 h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
（3）环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：67 mL，环氧氯丙烷：29 mL，氧化丝瓜络：12g，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应5.5 h，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，得到环氧基化丝瓜络；
（4）椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：60 mL，椰油酰胺丙基甜菜碱：5g，环氧基化丝瓜络：29g，氮气保护，于52℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理45 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丝瓜络。
实施例6
称取1.0g椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂置于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0.5~2 h，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丝瓜络吸附剂的吸附容量，其吸附容量最高可达到142.5 mg/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丝瓜络吸附剂置于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1 h，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丝瓜络吸附剂对油的去除率，最高可达98.2%。

Claims (3)

1.一种椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：
(1)丝瓜络预处理：丝瓜络来源于丝瓜果实，通过去皮去核而得到，将丝瓜络剪成小块清水洗净，干燥后进行粉碎，得到预处理丝瓜络；
(2)氧化丝瓜络：在反应器中，将预处理丝瓜络与3～5mol/L HNO3按固液比为1g：10mL的比例混合，在室温浸泡8～10h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，再放入异丙醇中，室温浸泡24～28h，用去离子水洗涤，至滤液呈中性为止，过滤，干燥，得到氧化丝瓜络；
(3)环氧基化丝瓜络制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：43～53％，环氧氯丙烷：35～42％，氧化丝瓜络：10～18％，各组分之和为百分之百，于55±3℃恒温、搅拌、回流反应4～6h，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，得到环氧基化丝瓜络；
(4)椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60～66％，椰油酰胺丙基甜菜碱：5～12％，环氧基化丝瓜络：26～30％，各组分之和为百分之百，氮气保护，于45～55℃恒温、搅拌均匀后置于60kHz超声波中处理40～60min，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丝瓜络。
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丝瓜络吸附剂的制备方法所制备的椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络，其特征在于，椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络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。
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丝瓜络吸附剂的制备方法所制备的椰油酰胺丙基甜菜碱改性丝瓜络。
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