CN107233863A - 一种水中铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由牡丹花渣经过环氧氯丙烷成分改性后制备的铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法，属于水中金属离子吸附剂技术领域。制备方法包括乙醇水溶液中浸泡、干燥、粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉；将干燥的牡丹花渣粉置于醋酸水溶液中，并加入双酚A，磁力搅拌，调整牡丹花渣粉的混合溶液的pH为10～12之间；加入环氧氯丙烷，在30～50℃的条件下恒温振荡反应，过滤，洗涤至中性，并干燥得到本发明所述的铁、镉、砷离子吸附剂。本发明提出的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法简单，制备成本低，使用方便，吸附效果好，同时不引入新的污染，具有良好的市场前景。

Description

一种水中铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水中金属离子吸附剂技术领域，具体涉及一种铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法。
背景技术
水是人类的生命之源，它是自然界和人类生存发展过程中不可或缺的重要因素。随着全球经济的迅速发展，人类对水资源需求量越来越大，但同时水资源的污染问题也日益严重。在众多水污染中金属离子污染占了相当大的比例。而重金属污染又容易在生物链中富集和扩大，并且毒性较大，因此水中金属离子超标及其造成的问题已经严重危害到生态环境和人类的生命健康。在这些金属离子污染中，常见的有：铅、汞、镉等。发明人从事多年水质检测工作，发现廊坊区域的地表水和地下水一般是金属离子、砷污染和余氯超标。这些金属离子主要来自于工业废水、冶金、耐火材料、化工、电镀、冶炼、制革印染等工业污染。水中的金属离子通过消化、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体。经过消化道侵入时引起呕吐、腹疼；经过皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。
目前对于水中金属离子的处理方法主要有吸附法、絮凝沉淀法、膜分离技术等。传统方法一般采用吸附法和絮凝沉淀法，其中吸附法是利用金属离子吸附剂活性表面对金属离子的吸引来除去金属离子，吸附法中的关键材料是吸附剂，重金属离子吸附剂很多，既有天然矿物，如沸石、高岭石等无机材料，也有天然高聚物如丹宁类、木质素类、壳聚糖类等，还有人工合成的或改性的聚合物，如聚苯乙烯基树脂、硅胶基树脂等。纤维素本身具有一定的吸附功能，但吸附容量小。
目前新型黄原酸酯是以纤维素为载体合成黄原酸酯吸附剂，具有来源丰富，制作工艺简单，去除有毒重金属离子效果好的优点，对环境功能材料的推广具有重要意义。据报道柚子皮具有丰富的纤维素，其制备过程为：将柚子皮去黄皮留白瓤，将白瓤在沸水中煮成半透明后烘干，粉碎，过筛，得到半成品。取10g放入杯中，加入330ml20％的NaOH溶液，浸泡1.5h后进行抽滤，用蒸馏水水洗呈中性，烘干放入500ml圆底烧瓶中依次加入60mlCS2和100ml甲苯，搅拌1h后抽滤，得到黄原酸酯，这种黄原酸酯是一种具有良好综合治理含Cd2+废水的新型吸附剂。而传统的一些吸附剂在吸附金属离子后又会引入新的成分，即会造成二次污染。
发明人在研究中发现，牡丹花中的金属离子含量比较高，因此怀疑是不是牡丹花中的某些成分具有吸附污染的能力，于是乎对牡丹花的吸附能力做出深入研究，制备出一种铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法。
发明内容
为了解决目前环境地表水或地下水中铁、镉、砷离子含量超标的问题，本发明提供了一种由牡丹花渣经过双酚A和环氧氯丙烷等成分改性后制备的铁、镉、砷离子吸附剂，所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法包括如下步骤：
①将牡丹花渣置于60～75％乙醇水溶液中浸泡；
②将浸泡过的牡丹花渣干燥、粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉；
③将干燥的牡丹花渣粉置于醋酸水溶液中，并加入双酚A，磁力搅拌，得到含有牡丹花渣粉的混合溶液；
④调整牡丹花渣粉的混合溶液的pH为10～12；
⑤在牡丹花渣粉的混合溶液加入环氧氯丙烷，在30～50℃的条件下恒温振荡反应20～50min，过滤，洗涤至中性，并干燥得到本发明所述的铁、镉、砷离子吸附剂。
进一步，所述牡丹花渣粉置于醋酸水溶液的添加量为50～100g/L。
进一步，所述醋酸水溶液中，醋酸含量为2～7.5mol/L。
进一步，所述双酚A的添加量为20～50g/L。
进一步，所述环氧氯丙烷的添加量为醋酸水溶液的3～6％(V/V)
进一步，所述乙醇水溶液中浸泡10～48h。
进一步，所述步骤⑤中，所述干燥具体在40～50℃的条件下干燥20～48h。
进一步，所述牡丹花渣粉的水份含量小于12％。
有益效果
发明人在研究中发现，牡丹花中的金属离子含量较高，远远超出其他部位的金属离子含量，因此，考虑牡丹花中是否有一种成分能够吸附金属离子，并通过实验初步认定了牡丹花中含有吸附金属离子的物质。但众所周知，牡丹花是一种很软的纤维状物质，含有很多易腐败成分，很难作为吸附剂的原料，因此选择了化学法对牡丹花纤维进行改性，采用双酚A和环氧氯丙烷为主要辅料，在去除了牡丹花中可溶性成分后，对其进行改性和固化，制备出一种性质稳定，而且吸附能力强的吸附剂，经过检测，本发明制备的吸附剂对铁、镉、砷离子有很强的吸附作用，经过十分钟浸泡后，有污染的水中的铁、镉、砷含量均符合饮用水卫生标准的规定，而对铅、铜、锌的吸附作用不大。
本发明提出的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法简单，制备成本低，使用方便，吸附效果好，同时吸附剂具有稳定性强，性质稳定，不会腐败等特点，可以用于净水器滤芯。本发明的吸附剂在吸附铁、镉、砷离子的同时不会置换出有毒有害的物质，也不会引入新的污染，具有良好的市场前景。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，原料采用新鲜的牡丹花，其他化学试剂均为分析纯。
本实施例提供了一种铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法，其中，所述吸附剂是采用牡丹花渣经过化学改性固化后制备而成的，具有稳定性好，对铁、镉、砷离子的吸附能力强等特点。
所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法如下：
将新鲜的牡丹花采用传统压榨法提取牡丹花精油，得到牡丹花渣，
将牡丹花渣置于50％乙醇溶液中浸泡12h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于80℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于10％，粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉。
将100g干燥的牡丹花渣粉末置于1L，2mol/L的醋酸水溶液中，再加入30g的双酚A，磁力搅拌，得到含有牡丹花渣粉的混合溶液，随后用2mol/L的氢氧化钠溶液调整溶液的pH为10.5，再加入50mL环氧氯丙烷，在30℃的条件下恒温振荡反应30min，随后过滤，用蒸馏水洗涤至中性，在45℃的鼓风干燥箱中鼓风干燥36h，得到改性后的牡丹花渣，即为本发明的铁、镉、砷离子吸附剂。
其中，铁的检测方法见GB11911-1989，砷的检测方法见SL327.1-2005，镉、铜、锌、铅的检测方法见GB7475-1987。
发明人用相应的离子配制模拟污染水源，在吸附前制备不同含量的混合水，并检测其各离子的结果见表1。
表1，吸附前各水样的检测结果
采用静态吸附法：即准确称取10g吸附剂于1L水样中，浸泡1min，过滤，得到吸附后的水样，采用同样的方法检测各离子的指标。
表2，吸附后各水样的检测结果
根据GB5749-2006记载的生活饮用水卫生标准，砷不得高于0.01mg/L，镉不得高于0.005mg/L，铁不得高于0.30mg/L，由此可以看出，经过本发明改性的牡丹花渣的吸附效果是满足饮用水卫生标准的，但对于铅、铜和锌的吸附效果较差，不能满足生活饮用水卫生标准。
实施例2
本实施例中，原料采用新鲜的牡丹花，其他化学试剂均为分析纯。
本实施例提供了一种铁、镉、砷离子吸附剂及其制备方法，其中，所述吸附剂是采用牡丹花渣经过化学改性固化后制备而成的，具有稳定性好，对铁、镉、砷离子的吸附能力强等特点。
所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法如下：
将新鲜的牡丹花采用水提法提取牡丹花精油，提取后，得到牡丹花精油和牡丹花渣，将牡丹花渣置于60～75％乙醇水溶液中浸泡10～48h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于60～90℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于12％，粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉。
将50g干燥的牡丹花渣粉末置于1L，3mol/L的醋酸水溶液中，再加入20g的双酚A，磁力搅拌，得到含有牡丹花渣粉的混合溶液，随后用4mol/L的氢氧化钠溶液调整溶液的pH为10，再加入30mL环氧氯丙烷，在40℃的条件下恒温振荡反应50min，随后过滤，用蒸馏水洗涤至中性，在50℃的鼓风干燥箱中鼓风干燥20h，得到改性后的牡丹花渣，即为本发明所述的铁、镉、砷离子吸附剂。
实施例3
本实施例提供了一种由牡丹花渣制备的铁、镉、砷离子吸附剂，原料采用提取精油后的牡丹花渣。所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法如下：
将牡丹花渣置于60～75％乙醇水溶液中浸泡10～48h，随后用清水清洗，清洗去除牡丹花渣表面残留的乙醇、并沥干，随后将牡丹花渣置于60～90℃的烘箱中干燥，至牡丹花渣的含水量小于12％，粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉。
将80g干燥的牡丹花渣粉末置于1L，3mol/L的醋酸水溶液中，再加入50g的双酚A，磁力搅拌，得到含有牡丹花渣粉的混合溶液，随后用7.5mol/L的氢氧化钠溶液调整溶液的pH为8，再加入60mL环氧氯丙烷，在50℃的条件下恒温振荡反应20min，随后过滤，用蒸馏水洗涤至中性，在40℃的鼓风干燥箱中鼓风干燥48h，得到改性后的牡丹花渣，即为本发明所述的铁、镉、砷离子吸附剂。

Claims (10)

1.一种铁、镉、砷离子吸附剂，其特征在于：所述铁、镉、砷离子吸附剂包括经过环氧氯丙烷改性的牡丹花渣。
2.一种权利要求1所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法包括如下步骤：
①将牡丹花渣置于60~75%乙醇水溶液中浸泡；
②将浸泡过的牡丹花渣干燥、粉碎，得到干燥的牡丹花渣粉；
③将干燥的牡丹花渣粉置于醋酸水溶液中，并加入双酚A，磁力搅拌，得到含有牡丹花渣粉的混合溶液；
④调整牡丹花渣粉的混合溶液的pH在10~12之间；
⑤在牡丹花渣粉的混合溶液加入环氧氯丙烷，在30~50℃的条件下恒温振荡反应，过滤，洗涤至中性，并干燥得到本发明所述的铁、镉、砷离子吸附剂。
3.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤③中，所述牡丹花渣粉置于醋酸水溶液的添加量为50~100g/L。
4.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述醋酸水溶液中，醋酸含量为2~7.5mol/L。
5.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述双酚A的添加量为20~50g/L。
6.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述环氧氯丙烷的添加量为醋酸水溶液的3~6%（V/V）。
7.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述乙醇水溶液中浸泡10~48h。
8.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤⑤中，所述干燥具体在40~50℃的条件下干燥20~48h。
9.根据权利要求2所述的铁、镉、砷离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述牡丹花渣粉的水份含量小于12%。
10.一种环氧氯丙烷改性的牡丹花渣的新用途，其特征在于：所述环氧氯丙烷改性的牡丹花渣用于制备净水器滤芯。
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