CN105664869A - 一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~68%，月桂酰胺丙基甜菜碱：12~18%，环氧基化棕榈树皮：12~18%，过硫酸铵：3~6%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应6~8h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。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

一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备

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，特别涉及一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备及应用技术。

背景技术

随着我国工业化的飞速发展，对石油的需求量越来越大，油品的使用越来月广泛，产生了大量的含有污水。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）；在申请号为201410456613.6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106.28mg/g。

月桂酰胺丙基甜菜碱，无色透明黏稠液体，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，月桂酰胺丙基甜菜碱很容易改性固体惰性物质，使其具有优良的吸油性能，又不使月桂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。

棕榈树是多年生的常绿乔木植物，高可达7米；干直立，不分枝，为叶鞘形成的棕衣所包；因此棕榈树皮的纤维很长、强度大，通常用作制作床垫，是十分宝贵的生态资源之一，是一种可再生资源。目前棕榈树广泛种植长江以南地带，是十分珍贵的长纤维原料。这种天然高分子材料应用制作吸附具有天然、绿色、可生物降解、机械强度大、抗腐蚀能力强等特点，棕榈树皮作为吸附剂可再生重复使用多次，而且对染料有较大吸附容量，国外对棕榈树皮化学改性和吸附性能的研究报道的很少，中国专利申请号为：201310147720.6的专利中公开了一种巯基棕榈树皮吸附剂的制备方法及应用，其特征是：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，硫代乙醇酸：30~45%，四氢呋喃：25~40%，碱化棕榈树皮：20~35%，冰醋酸：0.5~2.5%，浓硫酸：0.15~0.3%，各组分之和为百分之百，加塞，于40~45℃下,静止反应48~60h，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35~45℃烘箱中干燥，得到巯基棕榈树皮吸附剂。其巯基榈树皮吸附剂对Cd²⁺的吸附容量可高达286mg/g，对Pb²⁺的最大吸附量为521mg/g,对Cu²⁺的最大吸附量为165mg/g，最高吸附率可达98%，中国专利申请号为：2014104568771的专利中公开了一种二甲基二烯丙基氯化铵修饰棕榈树皮吸附剂的制备，其对油脂的最大吸附容量为112.61mg/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月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法，主要使获取的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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。

一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，水：38~45%，浓HNO₃：34~40%，质量百分浓度为30%的双氧水：5~10%，预处理棕榈树皮:10~15%，各组分之和为百分之百，室温浸泡15~18h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：40~46%，环氧氯丙烷：35~41%，氧化棕榈树皮：16~21%，各组分之和为百分之百，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应3~5h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~68%，月桂酰胺丙基甜菜碱：12~18%，环氧基化棕榈树皮：12~18%，过硫酸铵：3~6%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应6~8h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

步骤（3）中所用仪器和试剂不能含水。

步骤（4）中所述月桂酰胺丙基甜菜碱与环氧基化棕榈树皮的质量比在1：1之间为最优。

合成步骤中所用水均为去离子水。

本发明的另一目的是提供月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂在水体系中对油的吸附，特点为：将制备好的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂用去离子水浸泡1.0~1.5h，按静态法吸附。

将制备好的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂用去离子水浸泡1.0~1.5h，按动态法吸附，流速为5.0mL/min。

本发明的优点及效果是：

（1）本发明获得的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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152.6mg/g，反复使用次数可达10次以上;

（2）本发明获得的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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）由于月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的密度小，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）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，分别加入，水：42mL，浓HNO₃：27mL，质量百分浓度为30%的双氧水：8mL，预处理棕榈树皮:12g，室温浸泡16h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：54mL，环氧氯丙烷：32mL，氧化棕榈树皮：19g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应4h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：66mL，月桂酰胺丙基甜菜碱：15g，环氧基化棕榈树皮：15g，过硫酸铵：4g，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应7h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

实施例2

（1）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，分别加入，水：40mL，浓HNO₃：28mL，质量百分浓度为30%的双氧水：6mL，预处理棕榈树皮:15g，室温浸泡17h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：57mL，环氧氯丙烷：29mL，氧化棕榈树皮：20g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应3h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：65mL，月桂酰胺丙基甜菜碱：12g，环氧基化棕榈树皮：18g，过硫酸铵：5g，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应6h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

实施例3

（1）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，分别加入，水：45mL，浓HNO₃：24mL，质量百分浓度为30%的双氧水：10mL，预处理棕榈树皮:11g，室温浸泡15h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：55mL，环氧氯丙烷：33mL，氧化棕榈树皮：16g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：68mL，月桂酰胺丙基甜菜碱：17g，环氧基化棕榈树皮：12g，过硫酸铵：3g，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应8h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

实施例4

（1）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，分别加入，水：38mL，浓HNO₃：28mL，质量百分浓度为30%的双氧水：9mL，预处理棕榈树皮:13g，室温浸泡18h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：51mL，环氧氯丙烷：34mL，氧化棕榈树皮：18g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应4.5h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：62mL，月桂酰胺丙基甜菜碱：18g，环氧基化棕榈树皮：14g，过硫酸铵：5g，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应7.5h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

实施例5

（1）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，将棕榈树皮剪成小块清水洗净，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，分别加入，水：45mL，浓HNO₃：28mL，质量百分浓度为30%的双氧水：5mL，预处理棕榈树皮:10g，室温浸泡16h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：54mL，环氧氯丙烷：30mL，氧化棕榈树皮：21g，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应3.5h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：60mL，月桂酰胺丙基甜菜碱：17g，环氧基化棕榈树皮：17g，过硫酸铵：6g，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应6.5h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

实施例7

称取1.0g月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂置于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，计算出月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的吸附容量，其吸附容量最高可达到152.6mg/g，pH值在6.0~9.0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8

称取1.0g月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂置于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，计算出月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂对油的去除率，最高可达99%。

Claims (6)

1.一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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）棕榈树皮预处理：将棕榈树皮用水洗涤去除泥土和杂质，放入容器中用水浸泡3天，以去除非纤维物质，真空干燥后进行粉碎，得到预处理棕榈树皮；

（2）氧化棕榈树皮：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，水：38~45%，浓HNO₃：34~40%，质量百分浓度为30%的双氧水：5~10%，预处理棕榈树皮:10~15%，各组分之和为百分之百，室温浸泡15~18h，再煮沸30min，冷却后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、抽滤，至滤液呈中性为止，真空干燥箱中干燥，得到氧化棕榈树皮；

（3）环氧基化棕榈树皮制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，无水乙醇：40~46%，环氧氯丙烷：35~41%，氧化棕榈树皮：16~21%，各组分之和为百分之百，于60±2℃恒温、搅拌、回流反应3~5h，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，得到环氧基化棕榈树皮；

（4）月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：60~68%，月桂酰胺丙基甜菜碱：12~18%，环氧基化棕榈树皮：12~18%，过硫酸铵：3~6%，各组分之和为百分之百，氮气保护，于65±2℃恒温、搅拌、回流反应6~8h，取出冷却，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，得到月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。

2.根据权利要求1中所述的一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所用仪器和试剂不能含水。

3.根据权利要求1中所述的一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述月桂酰胺丙基甜菜碱与环氧基化棕榈树皮的质量比在1：1之间为最优。

4.根据权利要求1中所述的一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法，其特征在于，合成步骤中所用水均为去离子水。

5.根据权利要求1中所述的一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法所制备的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮，其特征在于，月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树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。

6.根据权利要求1中所述的一种月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮吸附剂的制备方法所制备的月桂酰胺丙基甜菜碱改性棕榈树皮。