CN105970622B - 一种废弃衣物的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废弃衣物的处理方法，包括以下步骤：(1)预处理：选取废弃物，剪裁、研磨、球磨后，得到粉状物；(2)粉状物活化处理：称取步骤(1)制得的粉状物，加入硫酸，浸泡处理，再加热搅拌反应，反应完成后，分离出下层不溶于水的乳状沉淀，分散于水中制得悬浮液；(3)接枝丙烯酰胺：(3‑1)往步骤(2)制得的悬浮液，通入惰性气体保护，加入过硫酸盐，搅拌反应；(3‑2)继续加入丙烯酰胺，搅拌反应，反应完成后，分离，洗涤，干燥，得到吸附剂。与现有技术相比，本发明通过接枝共聚反应能够将废旧衣物合成生物吸附剂，为废旧衣物提供了一种新的资源化利用途径，减少了废旧衣物的不合理化处理处置对环境造成的污染等。

Description

一种废弃衣物的处理方法
技术领域
本发明涉及一种废弃衣物的处理方法，尤其是涉及一种废弃衣物接枝合成吸附剂的方法。
背景技术
随着城镇化的加快和现代工业化的发展，工厂排出的工业废水中含有大量重金属及有机污染物，已成为威胁人类发展的重大环境问题之一。目前，废水中重金属去除常用的方法有吸附法、化学沉淀法、膜过滤法、离子交换法等。吸附技术因其具有工艺简单、操作方便、吸附选择性好且吸附剂容易再生等优点，在水体净化领域里有着其他技术无可替代的作用。传统吸附材料的合成由于废弃后较难生物降解，易对环境造成污染。天然高分子化合物如纤维素、淀粉等具有多种功能基团，可以通过物理、化学等改性方法制备出具有较高吸附性能的吸附材料，在废水处理过程中有一定的应用前景。
衣服大多由化纤构成，经过一定的化学接枝共聚反应能够改变表面的官能团，生成具有较好吸附性能的生物质吸附剂。随着经济的发展和人类生活水平的提高，服装的更新速度也越来越快。根据美国环保署的数据，平均每个美国人每年会丢弃掉4.5kg重的旧衣物，包括T恤、牛仔裤、袜子和被单等。在中国，由于人口数量的庞大以及城镇化的加快，废旧衣物的数量更是增长迅速，大堆的旧衣如何处理，成了不少家庭头疼的问题。目前，我国还没有建立旧衣服分类处理制度，旧衣服只好和普遍垃圾一起被填埋或被焚烧发电，这种传统、粗放的处理处置方式不仅造成了废旧衣物的浪费，更是对环境产生了一定的污染。关于将废旧衣物接枝共聚合成生物质吸附剂，进而应用于废水中重金属的处理还未见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种废弃衣物的处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种废弃衣物的处理方法，包括以下步骤：
(1)预处理：
选取废弃衣物(waste textile garments,WTG)，剪裁、研磨、球磨后，得到粉状物；
(2)粉状物活化处理：
称取步骤(1)制得的粉状物，加入硫酸，浸泡处理，再加热搅拌反应，反应完成后，分离出下层不溶于水的乳状沉淀，分散于水中制得悬浮液；
(3)接枝丙烯酰胺(AAm)：
(3-1)往步骤(2)制得的悬浮液，通入惰性气体保护，加入过硫酸盐，搅拌反应；
(3-2)继续加入丙烯酰胺，搅拌反应，反应完成后，分离，洗涤，干燥，得到吸附剂。
步骤(1)中粉状物的粒径为1～400μm。
步骤(2)中粉状物与硫酸的添加量之比为4-6g：100mL，硫酸的质量浓度为60-70％。
步骤(2)中浸泡处理的工艺条件为：在常温下浸泡20-40min；
加热搅拌反应的工艺条件为：在40～60℃下，搅拌反应1-4h。
步骤(2)中的分离工序为：先离心分离反应后的产物，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，洗涤后，用碳酸氢钠溶液中和至pH＝7，再次分离出不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤，即完成；
悬浮液的配置工序为：取分离后得到的乳状沉淀，加入水，超声处理，即得到。
步骤(2)中悬浮液中乳状沉淀的浓度为4-6g/100mL。
步骤(3)中过硫酸盐、丙烯酰胺与悬浮液中乳状沉淀的添加量之比为(0.04-0.08):(1.5-3):1。
步骤(3-1)中过硫酸盐在悬浮液中的反应条件为：在60-80℃下，搅拌反应5-20min；
步骤(3-2)中丙烯酰胺在悬浮液中的反应条件为：在60-80℃下，搅拌反应2-5h。
步骤(3-2)中干燥的条件为：在40-70℃下，真空干燥10-30h。
所述的过硫酸盐为过硫酸钾。
本发明的废弃衣物接枝丙烯酰胺的原理如下：
过硫酸盐体系引发剂首先在WTG基体上引发形成自由基2SO4 -·，然后自由基与单体反应生成接枝共聚物WTG-g-AAm。自由基聚合反应过程中，单体浓度、反应温度、引发剂用量、反应时间等对聚合产物的得率及其他性能有一定的影响。自由基上单体的不断增加是链增长步骤的基础，引发剂增加能为自由基反应提供更多的活性位点，而过多的引发剂又能引起单体本身的共聚反应。因此，合适的温度、单体浓度以及引发剂用量是保证接枝共聚产物得率的前提。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过采用高分子聚合方法对废弃衣物改性制备成吸附材料，不仅能够实现废旧衣物的资源化利用，还避免了现有城市、农村中废弃衣物简易焚烧及随意丢弃带来的环境污染和资源浪费，以及传统吸附材料带来的二次污染等问题。
(2)处理方法投资运行成本较低、工艺流程简单易行。
(3)合成的吸附剂对重金属具有较好的吸附功能，可应用于废水中重金属污染物的吸附去除。
附图说明
图1为本发明的废弃衣物接枝共聚产物的FT-IR分析图；
图2为本发明合成的吸附剂对废水中重金属的去除效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)废弃衣物预处理
(1-1)取上海某高校宿舍中废弃的棉织物，人工剪裁成1cm×1cm的碎片；
(1-2)将剪裁后的碎片置于YB2000-A型剪切式研磨机中，研磨1h左右，得到絮状物；
(1-3)将絮状物放入QM-1SP04型行星式球磨机中球磨，球磨速度为400r/min，运行时间为6h，得到粒径范围约1～400μm之间的粉状物；
(2)粉状物活化
(2-1).用分析电子天平称量5g经球磨成粉末状的废旧衣物于三口烧瓶中；
(2-2).将100mL 64％的硫酸加入到三口烧瓶中，常温下使粉末浸泡30min；
(2-3).将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加热到55℃，并在恒温条件下搅拌120min，后取出冷却；
(2-4).用离心分离机将酸浸泡后的产物在4000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，去离子水反复洗涤数次；
(2-5).配置任意浓度的碳酸氢钠溶液，用碳酸氢钠将洗涤后的乳白色沉淀中和至pH＝7，再次用离心分离机在5000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，分离出下层不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤数次，得到产物；
(2-6).向得到的纤维素加入蒸馏水配制成5g/100mL稀悬浮液，用超声波细胞粉碎机在100W条件下分散30min，得到白色泛蓝分布均匀的稀悬浮液。
(3)接枝丙烯酰胺
(3-1).取20mL稀悬浮溶液和30mL去离子水于250mL三口烧瓶中，在70℃的恒温水浴锅中加热，并向溶液中通入N2，排出溶液及三口烧瓶的中的氧气；
(3-2).向悬浮液中加入0.06g的K2S2O8，氮气氛围下反应10min，机械搅拌速度为200r/min；
(3-3).向悬浮液中加入2g丙烯酰胺(AAm)，氮气氛围下反应3h，机械搅拌速度为200r/min；
(3-4).将所得产物倒于50mL离心管中进行离心，弃掉上清液，反复用去离子水清洗后，用无水乙醇清洗离心，将最终沉淀物置于60℃真空干燥箱干燥24h，得到吸附剂。
检测制得的吸附剂，如图1所示，可知，废弃衣物的原料在3400.2cm-1和2930.1cm-1处有两个明显的峰，分别代表-OH和C-H的伸缩振动；在1722.3cm-1-和1267.1cm-1的峰分别由C＝O和C-O的振动引起的。从WTG-g-AAm的红外图可以看出，相比于WTG，1722.3cm-1-和1267.1cm-1的峰都有所增强，这说明丙烯酰胺已成功接枝到废弃衣物材料中。
实施例2
接枝共聚产物的吸附剂应用于重金属去除实验，具体按照下列步骤实施：
(1)实验模拟重金属废水是由CdCl2·12H2O、Cu(SO4)2·5H2O、Pb(NO3)2和Zn(NO3)2·6H2O配成，废水中四种金属离子的浓度为20mg/L；
(2)取合成的吸附剂进行重金属吸附实验，废水中吸附剂浓度为2g/L，吸附时间为0-24h，pH调节为2-8。吸附实验在恒温摇床中进行，速率为150r/min，温度为25℃；
(3)定时取样，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)检测样品中的重金属含量，计算各金属离子的去除率。
本实施方式对接枝共聚产物应用于重金属去除。如图2所示，在前10h内，吸附反应迅速，金属离子去除率均迅速上升，在10h时，Cd(II)、Cu(II)、Pb(II)和Zn(II)的吸附量分别达到0.13、0.42、3.79和0.18mg/g；10h时，吸附反应基本达到平衡；之后随着时间的增加，吸附效果并不明显，并且对重金属离子的吸附有所下降。推测其原因，随着时间的增加，体系出现一定程度的脱附，故对目标物质的去除率有所下降。
本实施方式通过接枝共聚反应能够将废旧衣物合成生物吸附剂，为废旧衣物提供了一种新的资源化利用途径，减少了废旧衣物的不合理化处理处置对环境造成的污染。
实施例3
一种废弃衣物的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)废弃衣物预处理
(1-1)取上海某高校宿舍中废弃的棉织物，人工剪裁成1cm×1cm的碎片；
(1-2)将剪裁后的碎片置于YB2000-A型剪切式研磨机中，研磨1h左右，得到絮状物；
(1-3)将絮状物放入QM-1SP04型行星式球磨机中球磨，球磨速度为400r/min，运行时间为6h，得到粒径范围约1～400μm之间的粉状物；
(2)粉状物活化
(2-1).用分析电子天平称量5g经球磨成粉末状的废旧衣物于三口烧瓶中；
(2-2).将100mL 70％的硫酸加入到三口烧瓶中，常温下使粉末浸泡20min；
(2-3).将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加热到40℃，并在恒温条件下搅拌4h，后取出冷却；
(2-4).用离心分离机将酸浸泡后的产物在4000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，去离子水反复洗涤数次；
(2-5).配置任意浓度的碳酸氢钠溶液，用碳酸氢钠将洗涤后的乳白色沉淀中和至pH＝7，再次用离心分离机在5000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，分离出下层不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤数次，得到产物；
(2-6).向得到的白色乳状沉淀纤维素加入蒸馏水配制成5g/100mL稀悬浮液，用超声波细胞粉碎机在100W条件下分散30min，得到白色泛蓝分布均匀的稀悬浮液。
(3)接枝丙烯酰胺
(3-1).取20mL稀悬浮溶液和30mL去离子水于250mL三口烧瓶中，在60℃的恒温水浴锅中加热，并向溶液中通入N2，排出溶液及三口烧瓶的中的氧气；
(3-2).向悬浮液中加入0.08g的K2S2O8，氮气氛围下反应20min，机械搅拌速度为200r/min；
(3-3).向悬浮液中加入3g丙烯酰胺(AAm)，氮气氛围下反应5h，机械搅拌速度为200r/min；
(3-4).将所得产物倒于50mL离心管中进行离心，弃掉上清液，反复用去离子水清洗后，用无水乙醇清洗离心，将最终沉淀物置于70℃真空干燥箱干燥10h，得到吸附剂。
实施例4
一种废弃衣物的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)废弃衣物预处理
(1-1)取上海某高校宿舍中废弃的棉织物，人工剪裁成1cm×1cm的碎片；
(1-2)将剪裁后的碎片置于YB2000-A型剪切式研磨机中，研磨1h左右，得到絮状物；
(1-3)将絮状物放入QM-1SP04型行星式球磨机中球磨，球磨速度为400r/min，运行时间为6h，得到粒径范围约1～400μm之间的粉状物；
(2)粉状物活化
(2-1).用分析电子天平称量5g经球磨成粉末状的废旧衣物于三口烧瓶中；
(2-2).将100mL 60％的硫酸加入到三口烧瓶中，常温下使粉末浸泡40min；
(2-3).将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加热到60℃，并在恒温条件下搅拌1h，后取出冷却；
(2-4).用离心分离机将酸浸泡后的产物在4000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，去离子水反复洗涤数次；
(2-5).配置任意浓度的碳酸氢钠溶液，用碳酸氢钠将洗涤后的乳白色沉淀中和至pH＝7，再次用离心分离机在5000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，分离出下层不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤数次，得到产物；
(2-6).向得到的纤维素加入蒸馏水配制成5g/100mL稀悬浮液，用超声波细胞粉碎机在100W条件下分散30min，得到白色泛蓝分布均匀的稀悬浮液。
(3)接枝丙烯酰胺
(3-1).取20mL稀悬浮溶液和30mL去离子水于250mL三口烧瓶中，在80℃的恒温水浴锅中加热，并向溶液中通入N2，排出溶液及三口烧瓶的中的氧气；
(3-2).向悬浮液中加入0.04g的K2S2O8，氮气氛围下反应5min，机械搅拌速度为200r/min；
(3-3).向悬浮液中加入1.5g丙烯酰胺(AAm)，氮气氛围下反应2h，机械搅拌速度为200r/min；
(3-4).将所得产物倒于50mL离心管中进行离心，弃掉上清液，反复用去离子水清洗后，用无水乙醇清洗离心，将最终沉淀物置于40℃真空干燥箱干燥30h，得到吸附剂。
实施例5
一种废弃衣物的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)废弃衣物预处理
(1-1)取上海某高校宿舍中废弃的棉织物，人工剪裁成1cm×1cm的碎片；
(1-2)将剪裁后的碎片置于YB2000-A型剪切式研磨机中，研磨1h左右，得到絮状物；
(1-3)将絮状物放入QM-1SP04型行星式球磨机中球磨，球磨速度为400r/min，运行时间为6h，得到粒径范围约1～400μm之间的粉状物；
(2)粉状物活化
(2-1).用分析电子天平称量4g经球磨成粉末状的废旧衣物于三口烧瓶中；
(2-2).将100mL 65％的硫酸加入到三口烧瓶中，常温下使粉末浸泡35min；
(2-3).将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加热到55℃，并在恒温条件下搅拌3h，后取出冷却；
(2-4).用离心分离机将酸浸泡后的产物在4000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，去离子水反复洗涤数次；
(2-5).配置任意浓度的碳酸氢钠溶液，用碳酸氢钠将洗涤后的乳白色沉淀中和至pH＝7，再次用离心分离机在5000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，分离出下层不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤数次，得到产物；
(2-6).向得到的纤维素加入蒸馏水配制成4g/100mL稀悬浮液，用超声波细胞粉碎机在100W条件下分散30min，得到白色泛蓝分布均匀的稀悬浮液。
(3)接枝丙烯酰胺
(3-1).取20mL稀悬浮溶液和30mL去离子水于250mL三口烧瓶中，在65℃的恒温水浴锅中加热，并向溶液中通入N2，排出溶液及三口烧瓶的中的氧气；
(3-2).向悬浮液中加入0.05g的K2S2O8，氮气氛围下反应12min，机械搅拌速度为200r/min；
(3-3).向悬浮液中加入1.8g丙烯酰胺(AAm)，氮气氛围下反应4h，机械搅拌速度为200r/min；
(3-4).将所得产物倒于50mL离心管中进行离心，弃掉上清液，反复用去离子水清洗后，用无水乙醇清洗离心，将最终沉淀物置于50℃真空干燥箱干燥20h，得到吸附剂。
实施例6
一种废弃衣物的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)废弃衣物预处理
(1-1)取上海某高校宿舍中废弃的棉织物，人工剪裁成1cm×1cm的碎片；
(1-2)将剪裁后的碎片置于YB2000-A型剪切式研磨机中，研磨1h左右，得到絮状物；
(1-3)将絮状物放入QM-1SP04型行星式球磨机中球磨，球磨速度为400r/min，运行时间为6h，得到粒径范围约1～400μm之间的粉状物；
(2)粉状物活化
(2-1).用分析电子天平称量6g经球磨成粉末状的废旧衣物于三口烧瓶中；
(2-2).将100mL 65％的硫酸加入到三口烧瓶中，常温下使粉末浸泡35min；
(2-3).将三口烧瓶置于恒温水浴锅中，加热到55℃，并在恒温条件下搅拌3h，后取出冷却；
(2-4).用离心分离机将酸浸泡后的产物在4000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，去离子水反复洗涤数次；
(2-5).配置任意浓度的碳酸氢钠溶液，用碳酸氢钠将洗涤后的乳白色沉淀中和至pH＝7，再次用离心分离机在5000r/min的转速下分离20min，弃掉上层清液，分离出下层不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤数次，得到产物；
(2-6).向得到的纤维素加入蒸馏水配制成6g/100mL稀悬浮液，用超声波细胞粉碎机在100W条件下分散30min，得到白色泛蓝分布均匀的稀悬浮液。
(3)接枝丙烯酰胺
(3-1).取20mL稀悬浮溶液和30mL去离子水于250mL三口烧瓶中，在65℃的恒温水浴锅中加热，并向溶液中通入N2，排出溶液及三口烧瓶的中的氧气；
(3-2).向悬浮液中加入0.07g的K2S2O8，氮气氛围下反应12min，机械搅拌速度为200r/min；
(3-3).向悬浮液中加入2.5g丙烯酰胺(AAm)，氮气氛围下反应4h，机械搅拌速度为200r/min；
(3-4).将所得产物倒于50mL离心管中进行离心，弃掉上清液，反复用去离子水清洗后，用无水乙醇清洗离心，将最终沉淀物置于50℃真空干燥箱干燥20h，得到吸附剂。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：
选取废弃衣物，剪裁、研磨、球磨后，得到粉状物；
(2)粉状物活化处理：
称取步骤(1)制得的粉状物，加入硫酸，浸泡处理，再加热搅拌反应，反应完成后，分离出下层不溶于水的乳状沉淀，分散于水中制得悬浮液；
(3)接枝丙烯酰胺：
(3-1)往步骤(2)制得的悬浮液，通入惰性气体保护，加入过硫酸盐，搅拌反应；
(3-2)继续加入丙烯酰胺，搅拌反应，反应完成后，分离，洗涤，干燥，得到吸附剂；
步骤(2)中粉状物与硫酸的添加量之比为4-6g：100mL，硫酸的质量浓度为60-70％；
步骤(2)中浸泡处理的工艺条件为：在常温下浸泡20-40min；
加热搅拌反应的工艺条件为：在40～60℃下，搅拌反应1-4h；
步骤(3-1)中过硫酸盐在悬浮液中的反应条件为：在60-80℃下，搅拌反应5-20min；
步骤(3-2)中丙烯酰胺在悬浮液中的反应条件为：在60-80℃下，搅拌反应2-5h。
2.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，步骤(1)中粉状物的粒径为1～400μm。
3.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，步骤(2)中的分离工序为：先离心分离反应后的产物，得到下层不溶于水的灰白色乳状沉淀，洗涤后，用碳酸氢钠溶液中和至pH＝7，再次分离出不溶于水的白色乳状沉淀，洗涤，即完成；
悬浮液的配置工序为：取分离后得到的乳状沉淀，加入水，超声处理，即得到。
4.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，步骤(2)中悬浮液中乳状沉淀的浓度为4-6g/100mL。
5.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，步骤(3)中过硫酸盐、丙烯酰胺与悬浮液中乳状沉淀的添加量之比为(0.04-0.08):(1.5-3):1。
6.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，步骤(3-2)中干燥的条件为：在40-70℃下，真空干燥10-30h。
7.根据权利要求1所述的一种废弃衣物的处理方法，其特征在于，所述的过硫酸盐为过硫酸钾。
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