CN112569913B - 一种纤维基吸附材料及其制备方法及有机铜络合物的去除 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维基吸附材料，该材料以聚丙烯为基体，首先通过辐照接枝的方式引入氨基，然后与二乙烯三胺五乙酸缩合制得。本发明纤维基吸附材料主要通过静电作用使其含铜络合物与吸附材料表面的羧基结合，在3mol/L盐酸为洗脱液的条件下，该材料对氨基络合铜离子的吸附性能实验发现：最大动态饱和吸附容量可达95mg/g，且重复使用6次，最大动态饱和吸附容量也可达到89mg/g，且流出液中Cu2+含量低于0.1ppm，达到污水排放标准中对Cu2+的要求。本发明制备过程简单，适合工业化生产。本发明纤维基吸附材料对于废水中氨基络合铜离子的处理过程具有处理效果好和运营成本低等优点，适合大面积推广。
Description
技术领域
本发明属于重金属废水处理领域，具体涉及一种纤维基吸附材料及其制备方法及有机铜络合物的去除。
背景技术
在电子工业行业，铜氨络合废水属于工业生产中常见的一类废水。此类废水中的Cu2+与配位体NH3结合形成稳定可溶的[Cu(NH3)4]2+络合物。游离态的含铜废水通过普通化学沉淀法比较容易去除，但是对于此类以中低浓度络合态铜和中高浓度氨氮为主的铜氨废水，常规方法较难处理，一般是与大量其他类型废水混合稀释后，加入硫化钠、硫酸亚铁、PAC和PAM等药剂进行沉淀去除。其中为了降低废水中铜离子的残留和改善析出颗粒泥浆的絮凝沉降性能，需加入过量的硫化钠和硫酸亚铁，并且在反复调整废水酸碱性中耗费较大药剂，因此产生大量杂质较多和铜含量较低(约3-5％)的危废污泥，仍需要转交给具有相关资质的企业进行专门处理，既增加了废水处理成本，又造成了铜资源的浪费和后续处理的潜在风险。同时，稀释混合处理后的废水整体氨氮含量仍然较高，难以通过现有生化设施进行有效处理，给厂区最终排水造成很大负担和压力。
发明内容
本发明的目的是针对现有废水中的络合态铜去除困难、处理成本高等问题，根据本发明的第一方面，本发明提供一种纤维基吸附材料，该纤维基吸附材料可以吸附废水中铜氨络合离子，实现废水中有机铜络合物的深度去除。
除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种纤维基吸附材料，其特征在于：由氨基纤维和二乙烯三胺五乙酸在缩合剂二环己基碳二亚胺(DCC)作用下，于50-80℃条件下反应8-16h制得；所述氨基纤维由聚丙烯辐照接枝制得。
本发明氨基纤维采用如下制备方法：(1)预处理：聚丙烯首先用丙酮洗涤，再用去离子水洗涤，置于50℃下烘干，备用；(2)预辐照：聚丙烯纤维在空气中采用电子束预辐照6h，辐照步骤采用ELV-8型电子加速器完成；(3)辐照接枝：称取预辐照后的纤维10g，置于100mL烧瓶中，加入50ml甲醇和烯丙基胺混合溶液(V/V＝1:1)，于50℃下辐照接枝4h，反应结束后采用乙醇洗涤，即得本发明氨基纤维。
本发明纤维基吸附材料的制备方法，采用如下步骤：
(1)预处理：聚丙烯首先用丙酮洗涤，再用去离子水洗涤，置于50℃下烘干，备用；
(2)预辐照：聚丙烯纤维在空气中采用电子束预辐照6h，辐照步骤采用ELV-8型电子加速器完成；
(3)辐照接枝：称取预辐照后的纤维10g，置于100mL烧瓶中，加入50ml甲醇和烯丙基胺混合溶液(V/V＝1:1)，于50℃下辐照接枝4h，反应结束后采用乙醇洗涤，得氨基纤维；
(4)化学接枝：用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)将氨基纤维溶解，然后加入二乙烯三胺五乙酸和缩合剂二环己基碳二亚胺(DCC)，于60℃条件下反应16h，待反应结束后用乙醇充分洗涤并于50℃烘干，即得本发明纤维基吸附材料。
根据本发明的第三方面，本发明提供上述纤维基吸附材料在含有机铜络合物(铜氨络合离子)废水处理中的应用。
有益效果：
本发明提供一种纤维基吸附材料，该材料以聚丙烯为基体，首先通过辐照接枝的方式引入氨基，然后与二乙烯三胺五乙酸缩合制得。本发明纤维基吸附材料主要通过静电作用使其含铜络合物与吸附材料表面的羧基结合，在3mol/L盐酸为洗脱液的条件下，该材料对氨基络合铜离子的吸附性能实验发现：最大动态饱和吸附容量可达95mg/g，且重复使用6次，最大动态饱和吸附容量也可达到89mg/g，且流出液中Cu2+含量低于 0.1ppm，达到污水排放标准中对Cu2+的要求。本发明制备方法简单，适合工业化生产。本发明纤维基吸附材料对于废水中氨基络合铜离子的处理过程具有处理效果好和运营成本低等优点，适合大面积推广。
附图说明
图1是商用聚丙烯的扫描电镜图；
图2是实施例2制备的纤维基吸附材料纤维的扫描电镜图；
图3是实施例2制备的纤维基吸附材料的红外光谱图；
图4是实施例3中纤维基吸附材料作为吸附材料对废水中氨基络合铜离子不同循环次数的吸附容量统计图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所用原料及试剂均为市售产品。
实施例1氨基纤维的制备
(1)预处理方法：对商用聚丙烯(常熟绣珀纤维有限公司，9mm)首先用丙酮多次洗涤，然后再用去离子水多次洗涤后，置于50℃下烘干，备用。
(2)预辐照：在经辐照接枝引入氨基前，聚丙烯纤维在空气中采用电子束预辐照6h，辐照步骤采用ELV-8型电子加速器完成。
(3)辐照接枝(纤维表面引入了氨基，成为氨基纤维)：称取预辐照后的纤维10g，置于100mL烧瓶中，加入50mL甲醇和烯丙基胺混合溶液(V/V＝1:1)，于50℃下辐照接枝4h，反应结束后采用乙醇多次洗涤，去除未反应原料，得到氨基纤维，增重率为15％左右。
实施例2纤维基吸附材料的制备
称取10g按照实施例1方法制备的氨基纤维置于100ml三口烧瓶中，加入50ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，并加入1.0g二乙烯三胺五乙酸和1.0g二环己基碳二亚胺(DCC) 于60℃条件下，反应16h，待反应结束后用乙醇充分洗涤并于50℃下烘干，即得到目标产物纤维基吸附材料。实施例2制备的纤维基吸附材料纤维的扫描电镜如图2所示，相对于商用聚丙烯的扫描电镜(图1)，纤维明显不同。实施例2制备的纤维基吸附材料的红外光谱如图3所示，从红外光谱中可以很明显看出，引入了氨基和羰基。
实施例3
称取2.0g按照实施例2方法制备的纤维基吸附材料，装填于直径10mm，高度10cm的吸附柱中，采用下进上出的方式，对浓度为200ppm含铜氨溶液进行吸附处理。吸附结果如下表1所示；对氨基络合铜离子的最大动态吸附容量如图4所示。
表1不同吸附次数的流出液中[Cu(NH3)4]2+浓度
注：有机铜络合物浓度的测定方法是，待测样品经0.5mol/L的HNO3处理后，用ICP-OES测定其 Cu2+的含量。
在3mol/L盐酸为洗脱液的条件下，该材料对氨基络合铜离子的吸附性能，发现最大动态饱和吸附容量可达95mg/g，且重复使用6次，最大动态饱和吸附容量也可达到 89mg/g，且流出液中Cu2+含量低于0.1ppm，达到污水排放标准中对Cu2+的要求。
Claims (4)
1.一种纤维基吸附材料，其特征在于：由10g氨基纤维、50ml N,N-二甲基甲酰胺和1.0g二乙烯三胺五乙酸在1.0g缩合剂二环己基碳二亚胺作用下，于50-80℃条件下反应8-16h制得；所述氨基纤维由聚丙烯辐照接枝制得。
2.如权利要求1所述的纤维基吸附材料，其特征在于：所述氨基纤维采用如下步骤制备：(1)预处理：聚丙烯首先用丙酮洗涤，再用去离子水洗涤，置于50℃下烘干，备用；(2)预辐照：聚丙烯纤维在空气中采用电子束预辐照6h，辐照步骤采用ELV-8型电子加速器完成；(3)辐照接枝：称取预辐照后的纤维10g，置于100mL烧瓶中，加入50ml甲醇和烯丙基胺混合溶液，于50℃下辐照接枝4h，反应结束后采用乙醇洗涤，即得氨基纤维。
3.如权利要求1或2所述的纤维基吸附材料的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：
(1)预处理：聚丙烯首先用丙酮洗涤，再用去离子水洗涤，置于50℃下烘干，备用；
(2)预辐照：聚丙烯纤维在空气中采用电子束预辐照6h，辐照步骤采用ELV-8型电子加速器完成；
(3)辐照接枝：称取预辐照后的纤维10g，置于100mL烧瓶中，加入50ml甲醇和烯丙基胺混合溶液，于50℃下辐照接枝4h，反应结束后采用乙醇洗涤，得氨基纤维；
(4)化学接枝：用N,N-二甲基甲酰胺将氨基纤维溶解，然后加入二乙烯三胺五乙酸和缩合剂二环己基碳二亚胺，于60℃条件下反应16h，待反应结束后用乙醇充分洗涤并于50℃烘干，即得纤维基吸附材料。
4.如权利要求1或2所述的纤维基吸附材料在含有机铜络合物废水处理中的应用。
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