CN106008830A - 以马铃薯淀粉为原料氧化、碱糊化及接枝聚合一锅法制备吸附Ni2+离子树脂的方法 - Google Patents

以马铃薯淀粉为原料氧化、碱糊化及接枝聚合一锅法制备吸附Ni2+离子树脂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以马铃薯淀粉为原料氧化、碱糊化及接枝聚合一锅法制备吸附Ni2+离子树脂的方法，其主要特征为:在55℃温度下以30%的双氧水氧化马铃薯淀粉，在室温下加入氢氧化钠溶液进行糊化，然后加入制得的丙烯酸及其钠盐溶液及交联剂溶液，在氮气保护下水浴加热一锅法合成吸附Ni2+离子树脂，最佳产品在10mg/L的Ni2+溶液中最高吸附量达到24.491mg/g，在300mg/L的Ni2+溶液中最高吸附量为290.326mg/g。本发明吸附Ni2+离子树脂的制备具有以下优势：双氧水氧化马铃薯淀粉不需要经过传统的对氧化马铃薯淀粉分离、提纯、洗涤，氧化之后的原料自身可以充当引发剂，不需额外加入引发剂，同时所合成的吸附Ni2+离子树脂具有较高的吸附量，所以本发明合成吸附Ni2+离子树脂的工艺方法简单，成本低，能有效的去除工业和生活废水中的Ni2+离子,具有很好的应用推广前景。

Description

以马铃薯淀粉为原料氧化、碱糊化及接枝聚合一锅法制备吸 附Ni2+离子树脂的方法
技术领域
本发明涉及一种用于环境治理领域的功能高分子材料—吸附Ni2+离子树脂的制备方法，特别是指以双氧水、马铃薯淀粉、氢氧化钠、丙烯酸为主要原料一锅法制备吸附Ni2+离子树脂的方法。
背景技术
由于重金属具有富集性及稳定性，很难在环境中降解的特点，因此相对于其他污染，重金属污染已经成为威胁人类发展的重大环境问题。镍污染对人体的危害很大，通常有致癌作用。其致癌作用最早发现于1933年，如在英国南威尔士克利德赫镍冶炼厂工人中，患肺癌和鼻腔癌的很多。英国的R.多尔等于1970年对该厂1944年前参加精炼工作5年以上的845名工人进行了追踪调查，将工人癌症死亡情况与一般居民进行比较，发现1925年以前参加工作的工人死于肺癌的观察人数，为全国居民同期肺癌死亡期望数的 5～10倍；死于鼻腔癌的观察人数约为全国居民的100～900倍。在加拿大、挪威、德意志民主共和国和日本等国进行的流行病学调查，也都有类似的发现。镍污染致癌的潜伏期较长，肺癌平均为27年，鼻腔癌平均为23年。中国精炼镍作业的历史较短，还没有镍污染致癌的报道。
本申请首次将氧化碱糊化后的马铃薯淀粉与去除阻聚剂的丙烯酸及其钠盐一锅法合成吸附Ni2+离子树脂。本申请很好地省略了氧化马铃薯淀粉的分离、洗涤、烘干等步骤，并且不需要加入引发剂，针对Ni2+离子的吸附进行合成条件及性能研究，所得吸附Ni2+离子树脂。当Ni2+离子初始浓度为10mg/L时，最高吸附量达到24.491mg/g，当Ni2+离子初始浓度为300mg/L时，吸附量高达290.326mg/g。由于本发明工艺简单，合成成本低，对Ni2+离子的吸附量高，因此具有很大的实用价值及应用推广前景。
发明内容
本发明提供了一种工艺简单、合成成本低、对Ni2+离子吸附容量高的吸附Ni2+离子树脂产品及其制备方法。
其方法及步骤如下：
（1）.将马铃薯淀粉与去离子水按1:5的质量比混合，加入马铃薯淀粉质量0.977倍的30%的过氧化氢并且在55℃条件下氧化1.5h；氧化完毕后称取马铃薯淀粉质量0.25倍的氢氧化钠，并以氢氧化钠质量4倍的水溶解，搅拌下将配制好的氢氧化钠溶液滴加到上述氧化马铃薯淀粉溶液中；称取马铃薯淀粉质量7倍的丙烯酸，称取丙烯酸质量0.389倍的氢氧化钠，并以氢氧化钠质量2.5倍的去离子水溶解氢氧化钠，在冰水浴冷却下用上述氢氧化钠溶液中和丙烯酸制得丙烯酸及其钠盐溶液；
（2）.将上述氧化碱糊化后的马铃薯淀粉与中和后的丙烯酸及其钠盐溶液充分混合，加入含有马铃薯淀粉质量0.0052倍的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，搅拌使之均匀，通入氮气，缓慢加热，使反应体系温度逐步升高，待聚合开始后，停止搅拌，继续缓慢加热，在90℃下保温2h，经烘干、粉碎即得吸附Ni2+离子树脂。最佳产品1g在10mg/L的Ni2+溶液中的最高吸附量达到24.491mg，在300mg/L的Ni2+溶液中的最高吸附量高达290.326mg/g。
如上所述，本发明中和丙烯酸所用的碱为氢氧化钠、丙烯酸均去除阻聚剂后使用。
本发明的优点：
（1）本发明采用一锅法制备吸附Ni2+离子树脂，工艺简单、易于操作；
（2）树脂合成时无需加入引发剂即可聚合，不会引入杂质，成本低；
（3）过氧化氢分解产物为水，无污染，同时产品对Ni2+离子吸附性能优良；
附图及附表说明
图1是制备吸附Ni2+离子树脂的工艺流程图
图2是丙烯酸中和度对Ni2+离子吸附量的影响
图3是30%的过氧化氢用量对Ni2+离子吸附量的影响
图4是交联剂用量对Ni2+离子吸附量的影响
图5是马铃薯淀粉与丙烯酸的配比对Ni2+离子吸附量的影响
图6是初始浓度对Ni2+离子吸附量的影响
图7是氧化温度对Ni2+吸附量的影响
图8是正交因素表
图9是正交实验结果
具体实施方式
实施例1：称取5g马铃薯淀粉与25ml去离子水在搅拌下混合均匀，加入4.4mL30%的双氧水在55℃下氧化1.5h，将温度降到室温，搅拌下加入1.25g氢氧化钠溶于5mL去离子水制得的氢氧化钠溶液，继续搅拌0.5h；量取35g(33.3ml)丙烯酸，称取13.61g氢氧化钠溶解于34ml去离子水制得氢氧化钠溶液，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸制得丙烯酸及其钠盐溶液，将丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液充分混合均匀，加入10.4ml浓度为2.5mg/ml的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺溶液,在氮气保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后停止搅拌，在90℃下保温2h,产物经烘干、粉碎即得产品，由本实施例所制得的吸附Ni2+离子树脂在10mg/L的Ni2+离子溶液中的吸附量为24.491mg/g。在300mg/L的Ni2+离子溶液中的吸附量为290.326mg/g。
实施例2：称取5g马铃薯淀粉与25ml去离子水在搅拌下混合均匀，加入4.0mL30%的双氧水在55℃下氧化1.5h，将温度降到室温，搅拌下加入1.25g氢氧化钠溶于5mL去离子水制得的氢氧化钠溶液，继续搅拌0.5h；量取35g(33.3ml)丙烯酸，称取11.67g氢氧化钠溶解于30ml去离子水制得氢氧化钠溶液，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸制得丙烯酸及其钠盐溶液，将丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液充分混合均匀，加入10.8ml浓度为2.5mg/ml的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺溶液,在氮气保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后停止搅拌，在90℃下保温2h，产物经烘干、粉碎即得产品，由本实施例所制得的吸附Ni2+离子树脂在10mg/L的Ni2+离子溶液中的吸附量为24.230mg/g。
实施例3：称取5g马铃薯淀粉与25ml去离子水在搅拌下混合均匀，加入4.8mL30%的双氧水在55℃下氧化1.5h，将温度降到室温，搅拌下加入1.25g氢氧化钠溶于5mL去离子水制得的氢氧化钠溶液，继续搅拌0.5h；量取30g(28.6ml)丙烯酸，称取10g氢氧化钠溶解于25ml去离子水制得氢氧化钠溶液，用上述制得的氢氧化钠溶液在冰水浴冷却下中和丙烯酸制得丙烯酸及其钠盐溶液，将丙烯酸及其钠盐溶液与氧化马铃薯淀粉溶液充分混合均匀，加入10.4ml浓度为2.5mg/ml的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺溶液,在氮气保护下，缓慢加热使体系温度逐步升高，待聚合反应开始后停止搅拌，在90℃下保温2h,产物经烘干、粉碎即得产品，由本实施例所制得的吸附Ni2+离子树脂在10mg/L的Ni2+离子溶液中的吸附量为21.252mg/g。

Claims (5)

1.以马铃薯淀粉为原料氧化、碱糊化及接枝聚合一锅法制备吸附Ni2+离子树脂的方法，其特征在于其方法及步骤为：
（1）.将马铃薯淀粉与去离子水按1:5的质量比混合，加入马铃薯淀粉质量0.977倍的30%的过氧化氢并且在55℃条件下氧化1.5h；氧化完毕后称取马铃薯淀粉质量0.25倍的氢氧化钠，并以氢氧化钠质量4倍的水溶解，搅拌下将配制好的氢氧化钠溶液滴加到上述氧化马铃薯淀粉溶液中；称取马铃薯淀粉质量7倍的丙烯酸，称取丙烯酸质量0.389倍的氢氧化钠，并以氢氧化钠质量2.5倍的去离子水溶解氢氧化钠，在冰水浴冷却下用上述氢氧化钠溶液中和丙烯酸制得丙烯酸及其钠盐溶液；
（2）.将上述氧化碱糊化后的马铃薯淀粉与中和后的丙烯酸及其钠盐溶液充分混合，加入含有马铃薯淀粉质量0.0052倍的N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，搅拌使之均匀，通入氮气，缓慢加热，使反应体系温度逐步升高，待聚合开始后，停止搅拌，继续缓慢加热，在90℃下保温2h，经烘干、粉碎即得吸附Ni2+离子树脂。
2.最佳产品1g在10mg/L的Ni2+溶液中的最高吸附量达到24.491mg/g，在300mg/L的Ni2+溶液中的最高吸附量高达290.326mg/g。
3.根据权利要求1所述，各原料及其配比（按质量比）为马铃薯淀粉：分散马铃薯淀粉的去离子水：糊化马铃薯淀粉用氢氧化钠：溶解氢氧化钠的去离子水：30%的过氧化氢：丙烯酸：中和丙烯酸用氢氧化钠：溶解氢氧化钠的去离子水：N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺=1：5：0.25：1 ：0.977 ：7：2.722：6.806：0.0052。
4.根据权利要求1所述，双氧水的质量分数为30%。
5.根据权利要求1所述，丙烯酸溶液的密度为1.05g/mL。
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