CN109999766A - 一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料及制备方法 - Google Patents

一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料及制备方法。该吸附材料的制备步骤如下：首先将单宁酸溶解在去离子水中，配制成单宁酸溶液，然后根据单宁酸与胺的不同配比分别加入不同量的胺，搅拌，观察到溶液颜色由透明的浅黄色逐渐变成浑浊的深棕色，搅拌，结束实验反应，进行离心洗涤，冷却干燥，最终制得中空结构的聚酚胺复合材料吸附剂。本发明制备方法简单、操作性强、重复性好、成本低廉、性能稳定，制得的中空聚酚胺吸附材料具有比表面积大、快速吸附重金属离子且吸附量高的性能，具有广泛的应用前景。

Description

一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料及制备 方法
技术领域
本发明涉及吸附剂的制备，具体涉及一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料的制备方法。
背景技术
全球经济发展加剧了水污染的严重性。铬（Cr）是一种重要的重金属污染物，可通过采矿、皮革制革、电镀和涂料配方、催化等多种工艺行业进入水体。即使浓度非常低也会污染和破坏水生生物的生长环境，造成显而易见的影响。铬主要以Cr（III）和Cr（VI）形式存在。在这两种形式中，已知Cr（VI）具有高度毒性，并可能致癌，影响皮肤、肺、肝脏、肾脏和胃。污水与Cr（VI）混合在一起被排放到环境中，会威胁人类健康与生态系统。排放到水体中的重金属离子是不可降解的，容易在食物链中积累，从而造成严重的环境问题，威胁人类健康与生态系统。因此，需要采用低成本、高效率的水处理方法。目前污水处理方法包括光催化、生物降解、化学凝固、离子交换和吸附。其中，吸附法操作简单、价格低廉、易于解吸、效率高，被认为是最有价值的方法。吸附的主要操作点是选择或制造低成本、环保、高效和高度稳定的吸附剂。迄今为止，已经报道了各种传统吸附剂，包括粘土、沸石、壳聚糖、蛭石、蒙脱土、活性炭。但其吸附能力差，回用率低，成本高，选择性差限制了它们的应用。因此，开发高吸附能力和低生产价格吸的附剂仍然是一个长期而艰巨的任务。
植物单宁酸属于天然多酚，是一种来源于五倍子、石榴、黄栌、中草药等多种树木的果实和树皮中多酚类物质，其结构复杂、多样，用途广泛。单宁酸可水解，属于含有酚羧酸葡萄糖酯的没食子酸。单宁酸（TA）在各种高等植物中极为常见，由于具有丰富的官能团而在金属离子的吸附中表现突出。由于在许多酚羟基的结构中存在，单宁酸与金属形成复合物。因此，具有实现捕获重金属离子的潜在能力，可以实现污水中重金属的去除。单宁酸因其可用性和天然来源比其他螯合剂（如EDTA）更环保。因此，单宁酸在食品、医药、染料加工和缓蚀等方面有着广泛的应用。
发明内容
本发明在于提供一种具有快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料的制备方法，该制备方法操作方便、条件温和、过程简单、工艺可控、重复性好、成本易得、便于推广使用。制得的中空结构的聚酚胺吸附材料增大了与重金属溶液接触的面积，促进了吸附速率，使材料在较短时间内实现重金属的去除，在达到快速吸附同时还具有较高的吸附量，具有广泛的应用前景。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案：
将一定质量的单宁酸溶解在去离子水中，制得单宁酸溶液。根据二胺或多胺与单宁酸的比例，将一定质量的胺加入单宁酸溶液，在磁力搅拌下反应一定时间，制备成具有中空结构的聚酚胺。然后用去离子水离心洗涤2~4次，冷冻干燥，即可得到中空结构的聚酚胺复合材料。
进一步的，所述的单宁酸和二胺或多胺的摩尔比为1:9～12，优选为1:10。
进一步的，所述的反应温度为10℃～50℃，优选为30℃。
进一步的，所述的二胺为乙二胺、丁二胺、己二胺、对苯二胺中的至少一种，多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。
进一步的，所述的样品的干燥方式为在冷冻干燥机中进行冷冻干燥。
进一步的，所述的核壳结构吸附材料的用途,其特征在于,所述的核壳结构吸附材料用于吸附重金属离子。
本发明具有以下有益效果：
通过本发明所述方法而制备的聚酚胺吸附材料具有制备工艺简单，条件温和,成本低廉、操作性强，重复性好且性能稳定的特点。而且聚酚胺吸附材料对于重金属离子具有快速高效、高吸附容量的特点，对染料也有一定的去除能力，因此，对改善环境的污染、保护环境，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明。以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明权利要求内容的限制。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将0.502g的单宁酸、150mL超纯水中加入到烧杯中并置于磁力加热搅拌器上搅拌使其完全溶解并混合均匀，制备单宁酸溶液。然后将0.258g的丁二胺滴入到烧杯中在室温下继续搅拌，溶液颜色由透明浅黄色变到乳白色，继续滴加丁二胺，溶液变成褐色，搅拌48h后溶液颜色加深变成深褐色，最后制得聚（单宁酸-丁二胺）溶液。然后用去离子水离心洗涤沉淀2~4次，冷冻干燥24h。
通过以上方法得到的吸附材料（50mg）在pH值为2.5时，处理浓度为20mg/l的Cr（VI）溶液(50ml)，在1min内实现几乎完全去除其中的Cr（VI）。
实施例2
将0.502g的单宁酸、100mL超纯水中加入到烧杯中并置于磁力加热搅拌器上搅拌使其完全溶解并混合均匀，制备单宁酸溶液。然后将0.233g的丁二胺滴入到烧杯中在室温下继续搅拌，溶液颜色由透明浅黄色变到乳白色，继续滴加丁二胺，溶液变成褐色，搅拌60h后溶液颜色加深变成深褐色，最后制得聚（单宁酸-丁二胺）溶液。然后用去离子水离心洗涤沉淀2~4次，冷冻干燥24h。
通过以上方法得到的吸附材料（25mg）在pH值为2.5时，处理浓度为40mg/l的Cr（VI）溶液(50ml)，在3min内实现几乎完全去除其中的Cr（VI）。
实施例3
将0.502g的单宁酸、200mL超纯水中加入到烧杯中并置于磁力加热搅拌器上搅拌使其完全溶解并混合均匀，制备单宁酸溶液。然后将0.290g的丁二胺滴入到烧杯中在室温下继续搅拌，溶液颜色由透明浅黄色变到乳白色，继续滴加丁二胺，溶液变成褐色，搅拌48h后溶液颜色加深变成深褐色，最后制得聚（单宁酸-丁二胺）溶液。然后用去离子水离心洗涤沉淀2~4次，冷冻干燥24h。
通过以上方法得到的吸附材料（25mg）在pH值为2.5时，处理浓度为60mg/l的Cr（VI）溶液(50ml)，在15min内实现几乎完全去除其中的Cr（VI）。
实施例4
将0.502g的单宁酸、150mL超纯水中加入到烧杯中并置于磁力加热搅拌器上搅拌使其完全溶解并混合均匀，制备单宁酸溶液。然后将0.299g的丁二胺滴入到烧杯中在室温下继续搅拌，溶液颜色由透明浅黄色变到乳白色，继续滴加丁二胺，溶液变成褐色，搅拌72h后溶液颜色加深变成深褐色，最后制得聚（单宁酸-丁二胺）溶液。然后用去离子水离心洗涤沉淀2~4次，冷冻干燥24h。
通过以上方法得到的吸附材料（25mg）在pH值为2.5时，处理浓度为80mg/l的Cr（VI）溶液(50ml)，在25min内实现几乎完全去除其中的Cr（VI）。
实施例5
将0.502g的单宁酸、150mL超纯水中加入到烧杯中并置于磁力加热搅拌器上搅拌使其完全溶解并混合均匀，制备单宁酸溶液。然后将0.310g的丁二胺滴入到烧杯中在室温下继续搅拌，溶液颜色由透明浅黄色变到乳白色，继续滴加丁二胺，溶液变成褐色，搅拌48h后溶液颜色加深变成深褐色，最后制得聚（单宁酸-丁二胺）溶液。然后用去离子水离心洗涤沉淀2~4次，冷冻干燥24h。
通过以上方法得到的吸附材料（25mg）在pH值为2.5时，处理浓度为80mg/l的Cr（VI）溶液(50ml)，在30min内实现几乎完全去除其中的Cr（VI）。

Claims (7)

1.一种快速吸附重金属离子的中空聚酚胺吸附材料的制备方法，其特征在于以下步骤：
将一定质量的单宁酸溶解在去离子水中，制得单宁酸溶液。根据二胺与单宁酸的比例，将一定质量的二胺或多胺加入单宁酸溶液，搅拌反应一定时间，制备成具有中空结构的聚酚胺。离心洗涤，冷冻干燥，即可得到中空结构的聚酚胺复合材料。
该制备方法简单、操作性强、重复性好、成本低廉、性能稳定，制得的聚酚胺复合吸附材料具有快速吸附重金属离子且吸附量高的性能，具有广泛的应用前景。
2.根据权利要求1所述的中空聚酚胺吸附材料的制备方法，其特征在于，单宁酸和胺的摩尔比为1:9～12，优选为1:10。
3.根据权利要求1所述的中空聚酚胺吸附材料的制备方法，其特征在于，单宁酸与胺的反应时间为48 ~ 72小时。
4.根据权利要求1所述的中空聚酚胺吸附材料的制备方法，其特征在于，单宁酸与胺的反应温度为10℃～50℃，优选为30℃。
5.根据权利要求1所述的中空聚酚胺复合材料的制备方法，其特征在于，二胺为乙二胺、丁二胺、己二胺、对苯二胺中的至少一种，多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的中空聚酚胺复合材料的制备方法，其特征在于，制得的聚酚胺材料使用冷冻干燥的方法进行干燥。
7.根据权利要求1-6任一项所述的的中空聚酚胺吸附材料的用途,其特征在于,中空聚酚胺材料用于吸附重金属离子。
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