CN105833846B - 一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法 - Google Patents

一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对汞离子具有选择性吸附的螯合纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将2,4‑二硝基苯肼和无水碳酸钠加入水‑正丁醇混合溶剂中加热溶解；(2)在步骤(1)的所得物中加入聚丙烯腈纤维作为载体，在一定温度下搅拌加热回流4小时充分反应，使2,4‑二硝基苯肼与聚丙烯腈纤维接枝共聚；(3)将步骤(2)所得棕黄色产物用蒸馏水反复洗涤至中性，烘干，得到对汞离子具有选择性吸附的螯合纤维。采用本发明的方法所得的螯合纤维，克服了原载体吸附选择性差的缺点，对汞离子的吸附表现出良好的选择性。该吸附剂制备工艺简单，成本低，实际应用中方便易行，对处理废水中的汞离子有较好的应用效果。

Description

一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理方法,特别涉及一种含氮氧多配位基螯合纤维应用于水体中汞离子的选择性吸附。
背景技术
汞是对环境造成严重危害的重金属之一，上世纪五十年代日本发生的“水俣病”事件引起世界震惊。汞中毒会引起脑损伤，肝肾衰竭和神经学上不可恢复的伤害，并且汞的毒性具有积累性。汞污染排放的主要附存方式包括3种形态：气态汞元素单质，二价离子汞和固态颗粒附着汞。环境中的汞主要来自于煤炭燃烧的产物和氯碱工业的排出物等。汞是煤炭中最容易挥发的痕量元素之一，煤炭是储量最为丰富的化石燃料能源且使用量巨大，所以汞污染已经成为了继气候变暖之后的又一全球性污染问题，汞污染的防止和治理已经迫在眉睫。
水体中汞污染常用的处理措施主要有化学沉淀法、混凝法、吸附法、离子交换法以及可逆渗透法等。其中，吸附法由于工艺简单、操作方便以及通过吸附剂的再生可以降低成本等优势，逐渐成为水体汞污染治理的重要方法。用吸附法处理水体中的汞离子等重金属离子，主要机理是通过物理吸附和化学作用。而要提高吸附剂对金属离子的吸附选择性，关键是在吸附剂载体(或母体)上接枝各种含有氮、氧、硫的活性基团，这些活性基团通过与吸附的重金属离子形成配合物，从而达到选择性吸附金属离子的目的。目前采用吸附法处理含汞废水使用的吸附剂载体主要有天然物质以及合成聚合物两大类。因此，制备具有良好汞离子吸附性能的吸附材料成为了目前汞污染控制的研究热点之一。
螯合纤维具有比表面积大、吸附选择性好等特点，并且具有较高的柔韧性和机械性能，便于以各种形式使用。本发明以聚丙烯腈纤维为原料，开发了一种高效的新型汞离子吸附材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法。所述螯合纤维是腈纶的改性接枝产物，制备时选取腈纶为载体，2,4-二硝基苯肼为功能化试剂，在适当的条件下通过一步合成反应，制备出对汞离子具有良好吸附性能的螯合纤维。本发明是一种新型的纤维吸附材料，具有吸附速度快、吸附容量高、选择性好等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，
所述2,4-二硝基苯肼质量为1-3g，无水碳酸钠质量为0.5-1.5g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:3-4；
(2)称取0.5-2g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
(3)向预处理液中加入步骤(2)浸泡好的聚丙烯腈纤维，在95-110℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应3.5-4.5小时；
(4)反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在50-70℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维。
其结构式为：
作为优选，所述步骤(2)中去离子水中包含DMF，所述DMF与去离子水的质量比为0.1-1:100。
作为优选，所述DMF与去离子水的质量比为0.5:100。
作为优选，所述步骤(2)为：称取0.5-2g聚丙烯腈纤维用去离子水和DMF的混合溶液浸泡24小时，使其充分溶胀。
作为优选，所述含氮氧多配位基螯合纤维用于吸附水体中汞离子。
本发明的有益效果是：(1)本发明的方法是用螯合纤维对含有微量汞离子的溶液进行处理的方法。所述的螯合纤维吸附剂的主要特点是通过聚丙烯腈纤维为载体，2,4-二硝基苯肼为功能化试剂，在一定条件下发生化学反应；通过接枝反应在聚丙烯腈纤维上引入含氮氧多配位基功能团，这些特定功能基能选择性的与金属离子发生配位反应，从而有效地去除溶液中的汞离子并提高吸附分离的选择性。此外该螯合纤维吸附剂在对含汞溶液中的汞离子进行吸附时，能在较宽的pH范围内吸附汞离子，对二价汞离子的吸附选择性好，吸附容量大(溶液的pH为4时，汞离子在此螯合纤维吸附剂上的吸附容量为97.65mg/g)
(2)此螯合纤维吸附材料具有比表面积大，通透性能好，吸附速率快，选择性好等特点，提高了对汞离子的吸附能力，并且该吸附剂制备方法简单，成本低，环境污染小。
附图说明
图1为聚丙烯腈纤维(1)和含氮氧多配位基螯合纤维(2)的红外光谱图。
具体实施方式
实施例1：
一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入60mL水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，
2,4-二硝基苯肼质量为1g，无水碳酸钠质量为0.5g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:3；
(2)称取0.5g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
(3)向预处理液中加入步骤(2)浸泡好的聚丙烯腈纤维，在95℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应4.5小时；
(4)反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在50℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维。
由图1可知，螯合纤维的红外光谱图(2)中相对于聚丙烯腈纤维(1)出现了下列一些特征新峰：3443.85cm-1(γNH orγ＝NH),1617.86cm-1(δN-H),1540.13cm-1(γas NO2(Ar)),1455.83cm-1(γC＝C(Ar)),1339.18cm-1(γsNO2(Ar)),1226.14cm-1(γC-N orγN-C＝O),1085.32cm-1(δC-N andγN＝C-N)，这些特征峰和螯合纤维的结构式相吻合。
实施例2
一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入100mL水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，
2,4-二硝基苯肼质量为2g，无水碳酸钠质量为1g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:3.5；
(2)称取1g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
(3)向预处理液中加入步骤(2)浸泡好的聚丙烯腈纤维，在100℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应4小时；
(4)反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在60℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维。
实施例3
一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入150mL水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，
2,4-二硝基苯肼质量为3g，无水碳酸钠质量为1.5g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:4；
(2)称取2g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
(3)向预处理液中加入步骤(2)浸泡好的聚丙烯腈纤维，在105℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应3.5小时；
(4)反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在70℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维。
实施例4
一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入150mL水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，
2,4-二硝基苯肼质量为2.5g，无水碳酸钠质量为1.5g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:4；
(2)称取2g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
(3)向预处理液中加入步骤(2)浸泡好的聚丙烯腈纤维，在110℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应4小时；
(4)反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在70℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维。
实施例5
其他条件同实施例1-4，将步骤(2)中的去离子水替换为去离子水和DMF的混合溶液，DMF与去离子水的质量比为0.1:100。
实施例6
其他条件同实施例5，DMF与去离子水的质量比由0.1:100变为1:100。
实施例7
其他条件同实施例5，DMF与去离子水的质量比由0.1:100变为0.5:100。
实施例8
(1)将含氮氧多配位基螯合纤维加入到含汞离子模拟废水的具塞锥形瓶中，模拟废水中汞离子浓度(C0)为20mg/L，废水的pH为3，螯合纤维的加入量为0.5g，模拟废水体积为200mL；
(2)将上述步骤(1)中的具塞锥形瓶放入恒温振荡器，振荡20分钟，控制温度为25℃；
(3)振荡结束后，移取10mL含汞离子废水，用等离子体原子发射光谱仪测定汞离子浓度(Ce)；
(4)计算汞离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。去除率如下表：
实施例9
(1)将含氮氧多配位基螯合纤维加入到含汞离子模拟废水的具塞锥形瓶中，模拟废水中汞离子浓度(C0)为50mg/L，废水的pH为6，螯合纤维的加入量为0.2g，模拟废水体积为200mL；
(2)将步骤(1)中的具塞锥形瓶放入恒温振荡器，振荡20分钟，控制温度为25℃；
(3)振荡结束后，移取10mL含汞离子废水，用等离子体原子发射光谱仪测定汞离子浓度(Ce)；
(4)计算汞离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。
去除率均为100％。
实施例10
(1)将含氮氧多配位基螯合纤维加入到含汞离子模拟废水的具塞锥形瓶中，模拟废水中汞离子浓度(C0)为80mg/L，废水的pH为10，螯合纤维的加入量为0.5g，模拟废水体积为200mL；
(2)将上述步骤(1)中的具塞锥形瓶放入恒温振荡器，振荡20分钟，控制温度为25℃；
(3)振荡结束后，移取10mL含汞离子废水，用等离子体原子发射光谱仪测定汞离子浓度(Ce)；
(4)计算汞离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。
去除率均为100％。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将功能化试剂2,4-二硝基苯肼与无水碳酸钠加入三口瓶中，然后加入水-正丁醇混合溶剂，水浴加热溶解，得预处理液，所述2,4-二硝基苯肼质量为1-3g，无水碳酸钠质量为0.5-1.5g，溶剂中水和正丁醇体积比为1:3-4；
（2）称取0.5-2g聚丙烯腈纤维用去离子水浸泡24小时，使其充分溶胀；
（3）向预处理液中加入步骤（2）浸泡好的聚丙烯腈纤维，在95-110℃温度下，电动搅拌，并采用冷凝装置回流，反应3.5-4.5小时；
（4）反应完毕后，所得棕黄色产物冷却，用去离子水反复洗涤至中性，在50-70℃条件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纤维；
所述步骤（2）中去离子水中包含DMF，所述DMF与去离子水的质量比为0.1-1:100。
2.根据权利要求1所述的一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述DMF与去离子水的质量比为0.5:100。
3.根据权利要求1或2所述的一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）为：称取0.5-2g聚丙烯腈纤维用去离子水和DMF的混合溶液浸泡24小时，使其充分溶胀。
4.根据权利要求1所述的一种汞离子吸附螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述含氮氧多配位基螯合纤维用于吸附水体中汞离子。
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