CN109810266A - 一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用 - Google Patents

一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109810266A
CN109810266A CN201910042608.3A CN201910042608A CN109810266A CN 109810266 A CN109810266 A CN 109810266A CN 201910042608 A CN201910042608 A CN 201910042608A CN 109810266 A CN109810266 A CN 109810266A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogel
preparation
polyamide
heavy metal
hydroxyethyl cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910042608.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109810266B (zh
Inventor
何广华
陶彦君
江靖
吕翠芳
柴赟
赵洒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen City Of Shenzhen
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Shenzhen City Of Shenzhen
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen City Of Shenzhen, Wuhan University of Technology WUT filed Critical Shenzhen City Of Shenzhen
Priority to CN201910042608.3A priority Critical patent/CN109810266B/zh
Publication of CN109810266A publication Critical patent/CN109810266A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109810266B publication Critical patent/CN109810266B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法和在污水处理方面的应用。以天然高分子羟乙基纤维素为基材，采用聚酰胺‑胺树形分子对其进行改性，通过环氧氯丙烷进行交联，由此得到的水凝胶含有大量氨基结构，对重金属铬离子具有优异的吸附性能，且可再生重复使用。该水凝胶在含铬离子的废水处理方面具有良好的应用前景。

Description

一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方 法、应用
技术领域
本发明涉及吸附材料及环保技术领域，具体涉及一种羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法和在重金属离子治理方面的应用。
背景技术
当今工业的快速发展产生了大量含重金属离子(如Cr6+、Cd2+、Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+等)的废弃物，这些废弃物通过各种渠道对环境造成污染。重金属离子污染主要源于电镀、冶金和染料等行业的三废排放。部分超标重金属离子对生物的危害十分严重，甚至会诱导细胞癌变，因此对环境中的超标重金属离子进行有效处理意义重大。目前，重金属离子的处理方法通常包括吸附法、电化学法和生物法等，其中吸附法是一种较为实用的物理化学方法，具有效果好、成本低和易操作等优势，在废水处理领域具有广阔的应用前景。
纤维素是一种天然高分子材料，其储量丰富且可再生，基于纤维素的改性功能材料符合可持续发展的趋势。通常情况下，纤维素不溶于水使其应用不便，因此需对其进行改性。羟乙基纤维素是一类重要的水溶性纤维素醚类衍生物，多羟基结构使其具有突出的增稠、悬浮和保水等特性，在化工、食品和纺织等众多工业领域应用广泛。然而，羟乙基纤维素分子结构中的官能团主要为羟基，导致其与部分重金属离子之间的相互作用较弱。因此，可以通过引入与重金属离子作用较强的功能基团，以期提升纤维素基材料的吸附性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有羟乙基纤维素水凝胶对重金属离子吸附性能不足等问题，提供一种新型羟乙基纤维素水凝胶。采用聚酰胺-胺树形分子对羟乙基纤维素进行改性后，显著的提高了水凝胶产物的吸附性能，尤其是对重金属离子铬的吸附能力，并且该产物脱附后可重复使用。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶，该水凝胶由聚酰胺-胺树形分子对羟乙基纤维素进行改性，再通过环氧氯丙烷交联而成。其中，聚酰胺-胺树形分子用量占羟乙基纤维素的质量百分数不超过33％，环氧氯丙烷的用量相当于羟乙基纤维素总质量的59％。
上述水凝胶的制备方法具体如下：首先将聚酰胺-胺树形分子溶于强碱溶液中，接着按比例加入羟乙基纤维素和环氧氯丙烷进行交联反应，固液分离后干燥，得到水凝胶。
上述方案中，所述强碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，优选为氢氧化钠水溶液；强碱溶液的浓度为20-40g/L，优选为30g/L。
上述方案中，交联反应前混合溶液中羟乙基纤维素的总浓度为40-60g/L，优选为50g/L。
上述方案中，原料聚酰胺-胺树形分子用量占羟乙基纤维素的质量百分数不超过33％。
上述方案中，所述聚酰胺-胺树形分子的代数为1.0-3.0代。
上述方案中，交联反应温度为55-65℃，反应时间为3.5-4.0小时。
上述方案中，固液分离所得产物先分别用水和醇溶剂交替洗涤3次以上，接着置于45-60℃环境下烘干或者直接冷冻干燥。
上述水凝胶用于吸附、分离废水中重金属离子的应用。
上述方案中，所述重金属离子具体为Cr6+。
本发明所使用的原料之一羟乙基纤维素分子结构中主要包含羟基，而羟基与重金属离子之间作用力较弱，导致其吸附性能也较弱。聚酰胺-胺树形分子的氨基多，能够与重金属离子产生较强的相互作用，通过参与环氧氯丙烷的交联反应，可以将聚酰胺-胺树形分子负载到羟乙基纤维素水凝胶上，生成新型微观结构的吸附水凝胶，显著提升其对重金属离子铬的吸附能力。
本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
(1)所使用的原料羟乙基纤维素是一种重要的纤维素衍生物，而纤维素是储量最大的天然高分子，因此该吸附材料符合可持续发展的趋势；
(2)制得的水凝胶具有优异的重金属离子吸附性能，通过负载含有大量氨基的聚酰胺-胺树形分子，利用其所含的氨基与重金属离子间产生的较强相互作用，实现了对污水中重金属离子的吸附和富集；
(3)制得的水凝胶具有良好的再生性能，吸附重金属离子的水凝胶通过简单的脱附液浸泡处理即可脱附，脱附后的水凝胶可反复使用，性能基本没有变化；
(4)制得的水凝胶吸附性能灵活可调，只需改变聚酰胺-胺树形分子的用量和代数，即可改变最终水凝胶产物的吸附性能，从而适应不同领域的具体要求；
(5)制得的水凝胶具有新型微观结构，其中聚酰胺-胺树形分子通过与环氧氯丙烷的反应，被有效的负载到羟乙基纤维素水凝胶中，两者之间并非简单的物理包埋；
(6)制备工艺简单，便于实现产业化应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的水凝胶的SEM图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例和附图进行进一步说明。
实施例1
将0.33g 2.0代聚酰胺-胺树形分子溶于30g/L的NaOH溶液中，边快速搅拌边将1.00g羟乙基纤维素加入到聚酰胺-胺树形分子的NaOH溶液中，待其完全溶解并混合均匀后，得到聚酰胺-胺树形分子与羟乙基纤维素混合溶液。向上述混合溶液中加入0.59g环氧氯丙烷并搅拌均匀，接着将混合反应液置于60℃恒温条件下交联反应4小时。反应完成后固液分离，分别用水和乙醇交替洗涤产物3次以上，再将其置于40℃环境中烘干，得到干态羟乙基纤维素基吸附水凝胶。
为充分了解本发明各实施例制得的水凝胶的微观结构，以实施例1水凝胶产物为例，将其冷冻干燥后进行扫描电镜测试，结果如图1所示。图1表明，该水凝胶形成了完整的孔道结构。碱性环境下，羟乙基纤维素上的羟基和聚酰胺-胺树形分子上的氨基均可与环氧氯丙烷发生反应，因此羟乙基纤维素与聚酰胺-胺树形分子可以通过环氧氯丙烷交联形成凝胶。其中，在环氧氯丙烷的交联作用下，聚酰胺-胺树形分子上的一个氨基通过环氧氯丙烷接枝在羟乙基纤维素分子链上。此外，聚酰胺-胺树形分子也可有两个或两个以上的氨基通过环氧氯丙烷链接在羟乙基纤维素分子链上，从而成为水凝胶三维网络的组成部分。
为了解本发明各实施例制得的水凝胶对重金属离子的吸附性能，以铬离子为例采用二苯碳酰二肼分光光度法进行了吸附性能测试和再生吸附性能测试，并分别按照公式(1)和公式(2)计算水凝胶的吸附容量和铬离子溶液的去除率：
式中：c为吸附平衡时K2Cr2O7溶液中铬离子的平衡浓度，mg/L；c0为K2Cr2O7溶液中铬离子的初始浓度，mg/L；V为所使用的K2Cr2O7溶液的体积，L；m为所投用的干态羟乙基纤维素基吸附水凝胶的质量，g。
吸附结果表明，当铬离子初始浓度为50mg/L时，水凝胶对铬离子的吸附容量为19.4mg/g，铬离子去除率为77.6％；当铬离子初始浓度为750mg/L时，水凝胶对重金属铬离子的吸附容量达到143.5mg/g，去除率为20.83％。
室温下，将吸附有铬离子的水凝胶置于质量分数为1.0％的氨水溶液中浸泡24小时进行脱附，脱附后的水凝胶再按照上述方法进行再生吸附性能测试，吸附容量仍根据公式(1)计算。再生吸附结果表明，实施例1制得的水凝胶再生2次以后，对铬离子的再生吸附容量与新制备凝胶的吸附容量(19.4mg/g)基本一致。这说明，采用本发明方法制得的水凝胶可通过简单的方法再生重复使用，且再生吸附性能良好。
实施例2
将0.23g 2.0代聚酰胺-胺树形分子溶于30g/L的NaOH溶液中，然后边快速搅拌边将1.00g羟乙基纤维素加入到聚酰胺-胺树形分子的NaOH溶液中，待其完全溶解并混合均匀后，得到聚酰胺-胺树形分子与羟乙基纤维素混合溶液。向上述混合溶液中加入0.59g环氧氯丙烷并搅拌均匀，接着将混合反应液置于60℃恒温条件下交联反应4小时。反应完成后固液分离，分别用水和乙醇交替洗涤产物至少3次，再将其置于40℃环境中烘干，得到干态羟乙基纤维素基吸附水凝胶。
同样对实施例2制得的水凝胶进行了吸附性能测试，结果表明：当铬离子初始浓度为50mg/L时，水凝胶对铬离子的吸附容量为10.65mg/g，铬离子去除率为38.67％。
实施例3
将0.09g 2.0代聚酰胺-胺树形分子溶于30g/L的NaOH溶液中，然后边快速搅拌边将1.00g羟乙基纤维素加入到聚酰胺-胺树形分子的NaOH溶液中，待其完全溶解并混合均匀后，得到聚酰胺-胺树形分子与羟乙基纤维素混合溶液。向上述混合溶液中加入0.59g环氧氯丙烷并搅拌均匀，接着将混合反应液置于60℃恒温条件下交联反应4小时。反应完成后固液分离，分别用水和乙醇交替洗涤产物3次以上，再将其置于50℃环境中烘干，得到干态羟乙基纤维素基吸附水凝胶。
同样对实施例3制得的水凝胶进行了吸附性能测试，结果表明：当铬离子初始浓度为50mg/L时，水凝胶对铬离子的吸附容量为1.81mg/g，铬离子去除率为6.56％。
实施例4
将0.33g 3.0代聚酰胺-胺树形分子溶于浓度为30g/L的NaOH溶液中，然后边快速搅拌边将1.00g羟乙基纤维素加入到聚酰胺-胺树形分子的NaOH溶液中，待其完全溶解并混合均匀后，得到聚酰胺-胺树形分子与羟乙基纤维素混合溶液。向上述混合溶液中加入0.59g环氧氯丙烷并搅拌均匀，接着将混合反应液置于60℃恒温条件下交联反应4小时。反应完成后固液分离，分别用水和乙醇交替洗涤产物3次，再将其置于40℃环境中烘干，得到干态羟乙基纤维素基吸附水凝胶。
同样对实施例4制得的水凝胶进行了吸附性能测试，结果表明：当铬离子初始浓度为50mg/L时，水凝胶对铬离子的吸附容量为22.3mg/g，铬离子去除率为89.2％。
综上可知，实施例1-4制得的水凝胶对铬离子具有良好的吸附容量和去除率，且吸附性能灵活可调，能够适应不同的应用要求。

Claims (10)

1.一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶，其特征在于，该水凝胶由聚酰胺-胺树形分子对羟乙基纤维素进行改性，再通过环氧氯丙烷交联而成，其中聚酰胺-胺树形分子与羟乙基纤维素的质量比不超过33％，环氧氯丙烷的用量相当于羟乙基纤维素总质量的59％。
2.一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将聚酰胺-胺树形分子溶于强碱溶液中，接着按比例加入羟乙基纤维素和环氧氯丙烷进行交联反应，最后固液分离并干燥即可。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述强碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，强碱溶液的浓度为20-40g/L。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：交联反应前混合溶液中羟乙基纤维素的总浓度为40-60g/L。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：原料聚酰胺-胺树形分子用量占羟乙基纤维素的质量百分数不超过33％。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚酰胺-胺树形分子的代数为1.0-3.0代。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：交联反应温度为55-65℃，反应时间为3.5-4.0小时。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：固液分离所得产物先分别用水和醇溶剂交替洗涤3次以上，接着置于45-60℃环境下烘干或者直接冻干。
9.权利要求1-8任一项所述水凝胶用于吸附、分离废水中重金属离子的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述重金属离子具体为Cr6+。
CN201910042608.3A 2019-01-17 2019-01-17 一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用 Active CN109810266B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910042608.3A CN109810266B (zh) 2019-01-17 2019-01-17 一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910042608.3A CN109810266B (zh) 2019-01-17 2019-01-17 一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109810266A true CN109810266A (zh) 2019-05-28
CN109810266B CN109810266B (zh) 2022-07-08

Family

ID=66603314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910042608.3A Active CN109810266B (zh) 2019-01-17 2019-01-17 一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109810266B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115262213A (zh) * 2022-08-11 2022-11-01 武汉纺织大学 一种抗菌锦纶面料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106117570A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 武汉理工大学 一种负载聚酰胺‑胺树状分子的海藻酸钠抗菌水凝胶及其制备方法和应用
CN106140114A (zh) * 2016-07-28 2016-11-23 陕西科技大学 一种可吸附重金属离子的多孔复合材料及其制备方法和应用
CN107200853A (zh) * 2017-05-27 2017-09-26 武汉理工大学 一种树状分子/羧甲基纤维素超吸水凝胶及其制备和应用
WO2017223492A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Micro-rna delivery compositions, devices, and methods
CN108339536A (zh) * 2018-03-15 2018-07-31 南京大学 一种高效除Cr(VI)的CMC/PEI双网络水凝胶的一步制备法
CN108883207A (zh) * 2016-02-08 2018-11-23 约翰霍普金斯大学 树状体-生物粘合剂聚合物水凝胶纳米胶水和其用途

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108883207A (zh) * 2016-02-08 2018-11-23 约翰霍普金斯大学 树状体-生物粘合剂聚合物水凝胶纳米胶水和其用途
WO2017223492A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Micro-rna delivery compositions, devices, and methods
CN106117570A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 武汉理工大学 一种负载聚酰胺‑胺树状分子的海藻酸钠抗菌水凝胶及其制备方法和应用
CN106140114A (zh) * 2016-07-28 2016-11-23 陕西科技大学 一种可吸附重金属离子的多孔复合材料及其制备方法和应用
CN107200853A (zh) * 2017-05-27 2017-09-26 武汉理工大学 一种树状分子/羧甲基纤维素超吸水凝胶及其制备和应用
CN108339536A (zh) * 2018-03-15 2018-07-31 南京大学 一种高效除Cr(VI)的CMC/PEI双网络水凝胶的一步制备法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEE SANGHWA ET AL.: "Micro-hydrogel Particles Consisting of Hyperbranched Polyamidoamine for the Removal of Heavy Metal Ions from Water", 《SCIENTIFIC REPORTS》 *
赵江琦等: "纤维素纳米纤维的超支化改性及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究", 《主题F 环境友好高分子材料》 *
郑英: "超支化聚酰胺胺在荧光探针和金属离子吸附方面的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115262213A (zh) * 2022-08-11 2022-11-01 武汉纺织大学 一种抗菌锦纶面料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109810266B (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bayramoglu et al. Adsorption kinetics and thermodynamic parameters of cationic dyes from aqueous solutions by using a new strong cation-exchange resin
Zhou et al. Cellulose/chitin beads for adsorption of heavy metals in aqueous solution
Lu et al. Fabrication of cross-linked chitosan beads grafted by polyethylenimine for efficient adsorption of diclofenac sodium from water
Annadurai et al. Adsorption of reactive dye from an aqueous solution by chitosan: isotherm, kinetic and thermodynamic analysis
Lin et al. Enhanced and selective adsorption of Hg2+ to a trace level using trithiocyanuric acid-functionalized corn bract
Chen et al. Biosorption of uranium by immobilized Saccharomyces cerevisiae
Bai et al. 2-(Allyloxy) methylol-12-crown-4 ether functionalized polymer brushes from porous PolyHIPE using UV-initiated surface polymerization for recognition and recovery of lithium
Zheng et al. Functionalized cotton via surface-initiated atom transfer radical polymerization for enhanced sorption of Cu (II) and Pb (II)
Zhou et al. Adsorption behavior of Cd2+, Pb2+, and Ni2+ from aqueous solutions on cellulose-based hydrogels
Pan et al. Facile assembly of hollow polydopamine capsules onto macroporous poly (glycidyl methacrylate) foams for simultaneous removal of λ-cyhalothrin and copper ions
CN102029144A (zh) 一种吸附废水中重金属离子和染料的吸附剂及其制备方法
Zhao et al. Preparation of chitosan and carboxymethylcellulose‐based polyelectrolyte complex hydrogel via SD‐A‐SGT method and its adsorption of anionic and cationic dye
Chu et al. Compressible nanowood/polymer composite adsorbents for wastewater purification applications
Zong et al. Preparation of chitosan/amino multiwalled carbon nanotubes nanocomposite beads for bilirubin adsorption in hemoperfusion
He Cr (VI) removal from aqueous solution by chitosan/carboxylmethyl cellulose/silica hybrid membrane
Lin et al. Adsorption and recovery of lead (II) from aqueous solutions by immobilized Pseudomonas aeruginosa PU21 beads
Pan et al. Novel sulfhydryl functionalized covalent organic frameworks for ultra-trace Hg2+ removal from aqueous solution
Qian et al. Preparation of high-capacity, weak anion-exchange membranes by surface-initiated atom transfer radical polymerization of poly (glycidyl methacrylate) and subsequent derivatization with diethylamine
Hu et al. Lignin-graft-poly (acrylic acid) for enhancement of heavy metal ion biosorption
WO2022247337A1 (zh) 改性大孔吸附树脂及其制备方法和应用
Bediako et al. High-performance and acid-tolerant polyethylenimine-aminated polyvinyl chloride fibers: fabrication and application for recovery of platinum from acidic wastewaters
Feng et al. Removal of copper (II) from an aqueous solution with copper (II)‐imprinted chitosan microspheres
Chen et al. Preparation of a double-network hydrogel based on wastepaper and its application in the treatment of wastewater containing copper (ii) and methylene blue
CN112076725A (zh) 改性介孔分子筛及其制备方法和应用
Ergün et al. Ion imprinted beads embedded cryogels for in vitro removal of iron from β‐thalassemic human plasma

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant