CN113522251A - 一种重金属吸附材料及其制备方法 - Google Patents
一种重金属吸附材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113522251A CN113522251A CN202110790284.9A CN202110790284A CN113522251A CN 113522251 A CN113522251 A CN 113522251A CN 202110790284 A CN202110790284 A CN 202110790284A CN 113522251 A CN113522251 A CN 113522251A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heavy metal
- parts
- core layer
- grinding
- adsorption material
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 12
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 10
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 9
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 8
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 7
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 claims description 6
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001116 FEMA 4028 Substances 0.000 claims description 6
- WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N beta-cyclodextrin Chemical compound OC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O3)[C@H](O)[C@H]2O)CO)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]3O[C@@H]1CO WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011175 beta-cyclodextrine Nutrition 0.000 claims description 6
- 229960004853 betadex Drugs 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000010413 mother solution Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 4
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 4
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N chloroacetic acid Chemical compound OC(=O)CCl FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000000914 phenoxymethylpenicillanyl group Chemical group CC1(S[C@H]2N([C@H]1C(=O)*)C([C@H]2NC(COC2=CC=CC=C2)=O)=O)C 0.000 claims description 3
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 3
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 34
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 18
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 3
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 3
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 3
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 description 3
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioxin Chemical compound O1C2=CC(Cl)=C(Cl)C=C2OC2=C1C=C(Cl)C(Cl)=C2 HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000003473 refuse derived fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010784 textile waste Substances 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
- B01J20/265—Synthetic macromolecular compounds modified or post-treated polymers
- B01J20/267—Cross-linked polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
- B01J2220/4875—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being a waste, residue or of undefined composition
- B01J2220/4893—Residues derived from used synthetic products, e.g. rubber from used tyres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
本发明提供了一种重金属吸附材料，包括以下重量份的原料：绒毛浆50～100份；SAP 50～100份；反应型改性剂1～10份；混合型改性剂5～15份；引发剂1～2份；交联剂1～5份；其中，所述绒毛浆和所述SAP均来自废弃纸尿裤的吸收芯层。同时还提供了配套的制备工艺流程，通过以废弃纸尿裤为原材料，制备得到具有高吸附性能的凝胶材料，可用于处理工业废水。在进一步优化的技术方案中，可用于处理含有重金属离子的工业废水，可有效去除废水中的重金属离子，且材料可以循环使用，有利于降低废水处理成本，同时也可在一定程度上缓解废弃纸尿裤对环境造成的压力。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，更具体地，涉及一种重金属吸附材料及其制备方法。
背景技术
一方面，随着人们生活水平的提高，生育政策的放开和老龄化的加剧，纸尿裤的使用量迅速增加。但是，纸尿裤在带给人们方便的同时，带来了严重的污染问题。目前，对于废弃纸尿裤主要采用集中填埋或焚烧的方式处理，由于纸尿裤难降解、含水率高且富含排泄物，无论采用哪种方法仍会对环境造成严重的危害。因此，废弃纸尿裤的回收再利用受到了越来越广泛的关注。
目前，废弃纸尿裤主要处理方法为焚烧和填埋。
(1)焚烧法是将垃圾在900～950℃温度下进行完全氧化燃烧的处理技术，同时利用垃圾焚烧产生的热量可以进行发电。焚烧法可减少90％以上的废弃物体积，同时还通过发电带来经济效应，是目前处理固体垃圾的主要方式。
(2)填埋法的成本相对较低，是一种操作简单的成熟技术，但由于纸尿裤原料难以降解，存在环境污染问题。
其中，焚烧法处理废弃纸尿裤时，一般是将其直接焚烧用于能量回收或转化为垃圾衍生燃料，用于在工业领域中产生热量。但是，废弃纸尿裤含水率通常在70％以上，并且本身热值不高，将其用于焚烧发电，垃圾焚烧效率低，还会危害焚烧炉本身，降低其使用寿命。此外，废弃纸尿裤中的石化产品经焚烧会产生二恶英等有毒有害气体。
填埋法处理废弃纸尿裤，一般是在垃圾填埋场构造底层防渗层，防止渗滤液渗漏，然后将废弃纸尿裤装入垃圾填埋场，废弃物层层覆盖，直至到达垃圾填埋场的最后一层。但废弃纸尿裤富含尿液，粪便等污染物，易滋生细菌，给附近的人群或垃圾填埋工人带来传染性疾病；且其原料大多无法降解，存在环境污染和占用土地资源的问题。
另一方面，重金属与人类生活息息相关，且污染又特别严重，故一直以来都是环境工作者研究的重点。治理重金属污染废水的方法有很多种，常用的方法有：中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发法、凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透法和电渗析法等。它们各有优点，但又不同程度的存在着投资达、耗能高、操作困难、易产生二次污染等问题。特别是在处理低含量重金属污染废水时，其操作费用和原材料成本相对过高。
根据近年的研究，采用吸附法来处理重金属污染问题，也引起了人们的关注，中国发明专利申请号为CN201410227554.5的专利，公开了一种海藻纤维素气凝胶吸油材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：海藻纤维素的纯化；机械胶磨制备海藻纳米纤维素微纤丝；海藻纤维素气凝胶的制备；海藻纤维素气凝胶的疏水改性。该海藻纤维素气凝胶吸油材料具有吸油效率高、天然无污染、强度好，二次处理简单等优点。然而，该方法无法实现对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种重金属吸附材料，以废弃纸尿裤为原材料，制备得到具有高吸附性能的凝胶材料，可用于工业废水中重金属离子的吸附，同时在一定程度上缓解了废弃纸尿裤对环境造成的压力。
第一方面，提供了一种重金属吸附材料，所述重金属吸附材料的制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～100份；
SAP 50～100份；
反应型改性剂 1～10份；
混合型改性剂 5～15份；
引发剂 1～2份；
交联剂 1～5份；
其中，所述绒毛浆和所述SAP均来自废弃纸尿裤的吸收芯层。
在其他优化的技术方案中，所述反应型改性剂包括丙烯酸、丙烯酰胺和一氯醋酸中的至少一种。
在其他优化的技术方案中，所述混合型改性剂包括PVA、β-环糊精和海藻酸钠中的至少一种。
在其他优化的技术方案中，所述引发剂包括过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种。
在其他优化的技术方案中，所述交联剂包括硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的至少一种。
第二方面，提供了一种制备上述任一方案中所述的重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备芯层母液；将所述吸收芯层经过水中分散、研磨，配制得到所述芯层母液，其中，所述芯层母液中固含量的质量浓度为1～5％；
S2：改性；在所述芯层母液中，边搅拌边加入所述反应型改性剂与所述混合型改性剂，调节pH至9～10，再加入所述引发剂，在50～100℃下反应2～5h；
S3：交联及后处理；向改性后的所述芯层母液中加入所述交联剂，反应1-3h，得到所述重金属吸附材料。
在其他优化的技术方案中，所述S1步骤具体包括以下分步骤：
S1.1：将所述吸收芯层分散在质量浓度为2～8％的尿素/NaOH溶液中，尿所述尿素/NaOH溶液中尿素与NaOH的质量比为1:1～2，配制得到吸收芯层材料含量为1-5％的分散液；
S1.2：对所述分散液中的固体进行研磨，控制黏度在0.1～10Pa·s，配制得到所述芯层母液。
在其他优化的技术方案中，在所述S1.2步骤中，所述研磨的具体工艺过程为：
S1.2.1：粗磨；设置研磨机的转速为1500rpm，磨盘间距为100μm，研磨1～3次；
S1.2.2：二次粗磨；调节磨盘间距为0～50μm，继续粗磨1～3次；
S1.2.3：细磨；调节研磨机转速为2000～2500rpm，磨盘间距为-100～-150μm，研磨2～10次。
第三方面，提供了一种吸附材料在处理工业废水中的用途，所述吸附材料为上述任一技术方案中所述的重金属吸附材料。
在其他优化的技术方案中，所述工业废水中的金属离子包括Cu2+、Hg2+、Pb2+或Cd2+中的至少一种。
本发明的有益效果是：
第一方面，本发明技术方案中公开的重金属吸附材料，以废弃纸尿裤为原料，经化学改性、共混改性以及交联，获得了具有优异吸附性能的产品。
第二方面，上述技术方案中制备得到的吸附材料可以用于处理工业废水。在进一步优化的技术方案中，可用于处理含有重金属离子的工业废水，可有效去除废水中的重金属离子，且材料可以循环使用，有利于降低废水处理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中产品的制备工艺流程示意图；
图2为实施例1～3与对比例3中PVA凝胶中产品的SEM图；
图3为实施例1～3与对比例1～2中的产品分别吸附Pb2+时，吸附时间与离子浓度的关系图；
图4为实施例1～3与对比例1中的产品分别对Cu2+、Hg2+、Pb2+、Cd2+的吸附性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，对本申请中涉及到的英文缩写做一说明：
1.SAP：超吸水树脂
2.PVA：聚乙二醇。
实施例1：
本实施例提供一种重金属吸附材料，其制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～70份；
SAP 30～50份；
反应型改性剂 5份；
混合型改性剂 12份；
引发剂 1份；
交联剂 1份；
其中，绒毛浆和SAP均来自废弃的纸尿裤，更具体地，使用的是纸尿裤中的吸收芯层。该吸收芯层由绒毛浆和SAP组成，绒毛浆的主要成分是纤维素，SAP是交联的聚丙烯酸钠，本实施例中使用的废弃纸尿裤的吸收芯层中，绒毛浆占总质量的50％～70％。
从化学结构来看，这两种材料均有作为金属吸附材料的潜力。聚丙烯酸钠的分子链上带有大量羧基，具有较好的吸附能力；而纤维素虽然本身吸附能力不强，但是其表面存在大量的活性羟基，可以经本实施例后续的改性为其引入特定的基团，改善其吸附能力，尤其是吸附重金属离子的能力。
基于上述材料，本实施例提供一种制备方法以供参考，该制备方法的工艺流程图示意如附图1所示，接下来对该制备方法进行详细描述，但该方法并不用于限制本申请的保护范围。
S0：对废弃纸尿裤做前处理；通过机械法分离出废弃纸尿裤中的吸收芯层，具体的，对该吸收芯层进行消毒、机械拆解获得上述吸收芯层，该吸收芯层即由后续步骤中所需的绒毛浆及SAP组成；
S1：制备芯层母液；将处理后的吸收芯层分散在水中，再经过研磨，配制得到目标芯层母液，且该芯层母液中固含量的质量浓度为1～5％；
S2：改性；在上述芯层母液中，边搅拌边加入反应型改性剂与混合型改性剂，调节pH至9～10，再加入引发剂，在70℃下反应3h；
其中，本实施例中具体使用的反应型改性剂为丙烯酸，在其他实施例中，也可以使用丙烯酰胺和一氯醋酸来代替丙烯酸，也能得到重金属吸附性能良好的材料。
本实施例中具体使用的混合型改性剂为PVA和海藻酸钠的混合物，其中，PVA和海藻酸钠的重量比为5:1；引发剂为过硫酸钾。
S3：交联及后处理；向改性后的所述芯层母液中加入所述交联剂，反应1～3h，得到重金属吸附材料，其中，本实施例制备得到的吸附材料为凝胶状，下称吸附凝胶。
本实施例中具体使用的交联剂为环氧氯丙烷，在其他优选的实施例中，也可以使用戊二醛或者硼砂代替，其中，环氧氯丙烷交联须在碱性条件下进行。需要注意的是，单纯的通过交联反应，得到的吸附凝胶存在强度较低的问题，本实施例针对该问题，在改性步骤加入了PVA和海藻酸钠的混合物，其中，PVA的加入在不损失吸附性能的前提下，可有效提高吸附凝胶的强度。
其中，上述S1步骤可以继续细化如下：
S1.1：将上述吸收芯层分散质量浓度为2～8％的尿素/NaOH溶液中，配制得到吸收芯层材料含量为1-5％的水分散液；
S1.2：对上述水分散液中的固体进行研磨，控制黏度在0.1～10Pa·s，配制得到所述芯层母液；其中，上述尿素/NaOH溶液中的尿素与NaOH的质量比为1:1～2。
该步骤需要注意的有三个点：一是增加了粉碎机研磨操作，可以进一步减小SAP的尺寸，从而增加比表面积和吸附能力；二是在分散纤维素和SAP时，又加入了定量定比的尿素和NaOH，可以帮助纤维素更容易被疏解成微纳米级别，增加其比表面积和吸附能力；三是将水分散液的年度控制在0.1～10Pa·s，如果粘度过大，不利用后面交联反应进行；如果粘度过小，则表明纤维素的研磨不够彻底(尺寸未达到微米级别)。
上述S1.2步骤中涉及的研磨，其具体工艺过程可按照下述步骤进行：
S1.2.1：粗磨；设置研磨机的转速为1000～1500rpm，磨盘间距为80～120μm，研磨1～3次；
S1.2.2：二次粗磨；调节磨盘间距为0～50μm，继续粗磨1～3次；
S1.2.3：细磨；调节研磨机转速为2000～2500rpm，磨盘间距为-100～-150μm，研磨2～10次。
经上述步骤最终制备得到的吸附凝胶的微观结构如附图2-(a)所示，所得的吸附凝胶的具有多孔结构，比表面积增大，吸附能力显著提高，且在本实施例特定的分散、研磨工艺条件下，纤维素得到充分的研磨，经改性后获得了更好的吸附能力，使得产品质量更为稳定。
实施例2
本实施例提供一种重金属吸附材料，其制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～70份；
SAP 30～50份；
反应型改性剂 5份；
混合型改性剂 12份；
引发剂 1份；
交联剂 1份；
其中，混合型改性剂为PVA与β-环糊精的混合物，且PVA与β-环糊精的重量比为5：1，其他条件同实施例1，即可得到能够高效吸附工业废水中重金属离子的吸附凝胶。
本实施制备得到的吸附凝胶的微观结构如附图2-(b)所示，在本实施例中，所得的吸附凝胶具有微米级的多孔结构，比表面积较大，是一种吸附能力强且质量稳定的吸附凝胶产品。
实施例3
本实施例提供一种重金属吸附材料，其制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～70份；
SAP 30～50份；
反应型改性剂 5份；
混合型改性剂 12份；
引发剂 1份；
交联剂 1份；
其中，混合型改性剂为PVA、β-环糊精和海藻酸钠的混合物，且PVA、β-环糊精和海藻酸钠的重量比为5：1：1，本实施例中具体使用的交联剂为硼砂，在其他优选的实施例中，也可以使用戊二醛或者环氧氯丙烷代替，其中，环氧氯丙烷交联须在碱性条件下进行。需要注意的是，单纯的通过交联反应，得到的吸附凝胶存在强度较低的问题，本实施例针对该问题，在改性步骤加入了PVA和海藻酸钠的混合物，其中，PVA的加入在不损失吸附性能的前提下，可有效提高吸附凝胶的强度。其他条件同实施例1，即可得到能够高效吸附工业废水中重金属离子的吸附凝胶。
本实施制备得到的吸附凝胶的微观结构如附图2-(c)所示，在本实施例中，纤维素得到充分研磨，所得的吸附凝胶具有微米级的多孔结构，从而得到了比表面积大、吸附能力能且质量稳定的吸附凝胶产品，且循环五次后仍能保持较好的吸附能力。
对比例1
本对比例提供一种重金属吸附材料，其制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～70份；
SAP 30～50份；
交联剂 1份；
其他条件同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种重金属吸附材料，其制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆 50～70份；
SAP 30～50份；
反应型改性剂 5份；
引发剂 1份；
交联剂 1份；
其他条件同实施例1。
对比例3
市售PVA凝胶。
该PVA凝胶的SEM图参见附图2-(d)，其比表面积明显远低于实施例1～7中制得的吸附凝胶，且表面形貌不均，吸附能力有待提高。
按照本发明的方法制备得到的吸附凝胶可用于工业废水中重金属离子等有害物质的吸附处理。接下来使用实施例1～3与对比例1～2中得到的产品吸附重金属离子，并测试相关的性能。
取5个锥形瓶，在其中装入Pb2+初始浓度为200.9ppm的废水，再分别取实施例1～3与对比例1～2中冻干的吸附凝胶各0.20g，于室温条件下，以150rpm的速率震荡，之后每隔一段时间取样，测溶液中Pb2+浓度，吸附时间与离子浓度的关系如附图3的吸附性能测试图所示，从2小时开始，吸附已经趋于饱和，2小时到6小时这段时间，溶液中的离子浓度继续降低，但是降低幅度极为有限，到6小时的时候，可以认为吸附已经饱和，其间，实施例1～3与对比例1～2中，Pb2+浓度与吸附时间的变化关系如表1所示。
表1 Pb2+吸附性能测试数据
可见，相较于对比例1～2，实施例1～3制备得到吸附凝胶具有优异的吸附性能，同时，使用该技术可有效解决废弃纸尿裤的环境污染问题，且制备与吸附过程中，均不会产生有毒有害气体，不会造成二次污染。
随后继续使用上述方法，分别使用实施例1～3与对比例1制得的吸附凝胶对含有初始浓度为200.9ppm的Cu2+、Hg2+、Cd2+的废水进行处理，吸附的结果如附图4所示。相较于对比例1中的吸附凝胶，实施例1～3吸附凝胶的平衡吸附量增长数据如表2所示。
表2 实施例1～3的吸附凝胶相较于对比例1吸附凝胶的平衡吸附量增长数据
最后，以吸附Cu2+为例，继续进行循环测试实验，将实施例1～3与对比例1～2中制得的吸附凝胶共循环使用5次，在每次吸附饱和的时候，测试溶液中的离子浓度，循环吸附的实验数据见表3，在使用到第5次时，该吸附凝胶对金属离子的去除率仍保持较高的水平，并根据朗格缪尔等温吸附模型计算得出各个样品的最大吸附量，具体数据参见表3。
表3 Cu2+吸附循环性能测试数据
通过对比数据可以看出，使用本发明的技术方案制备得到的吸附凝胶，在用于工业废水中重金属离子等有害物质的吸附处理时，吸附性能优异，在多次循环后，仍保持着较高的吸附性能。
需要说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种重金属吸附材料，其特征在于：
所述重金属吸附材料的制备包括以下重量份的原料：
绒毛浆50～100份；
SAP 50～100份；
反应型改性剂1～10份；
混合型改性剂5～15份；
引发剂1～2份；
交联剂1～5份；
其中，所述绒毛浆和所述SAP均来自废弃纸尿裤的吸收芯层。
2.如权利要求1所述的一种重金属吸附材料，其特征在于：
所述反应型改性剂包括丙烯酸、丙烯酰胺和一氯醋酸中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种重金属吸附材料，其特征在于：
所述混合型改性剂包括PVA、β-环糊精和海藻酸钠中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种重金属吸附材料，其特征在于：
所述引发剂包括过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种重金属吸附材料，其特征在于：
所述交联剂包括硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的至少一种。
6.如权利要求1至5中任一项所述的一种重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1：制备芯层母液；将所述吸收芯层经过水中分散、研磨，配制得到所述芯层母液，其中，所述芯层母液中固含量的质量浓度为1～5％；
S2：改性；在所述芯层母液中，边搅拌边加入所述反应型改性剂与所述混合型改性剂，调节pH至9～10，再加入所述引发剂，在50～100℃下反应2～5h；
S3：交联及后处理；向改性后的所述芯层母液中加入所述交联剂，反应1-3h，得到所述重金属吸附材料。
7.如权利要求6所述的一种重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：
所述S1步骤具体包括以下分步骤：
S1.1：将所述吸收芯层分散在质量浓度为2～8％的尿素/NaOH溶液中，配制得到吸收芯层材料含量为1-5％的水分散液；
S1.2：对所述水分散液中的固体进行研磨，控制黏度在0.1～10Pa·s，配制得到所述芯层母液；
其中，所述尿素/NaOH溶液中尿素与NaOH的质量比为1:1～2。
8.如权利要求7所述的一种重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：
在所述S1.2步骤中，所述研磨的具体工艺过程为：
S1.2.1：粗磨；设置研磨机的转速为1000～1500rpm，磨盘间距为80～120μm，研磨1～3次；
S1.2.2：二次粗磨；调节磨盘间距为0～50μm，继续粗磨1～3次；
S1.2.3：细磨；调节研磨机转速为2000～2500rpm，磨盘间距为-100～-150μm，研磨2-10次。
9.一种吸附材料在处理工业废水中的用途，其特征在于：
所述吸附材料为权利要求1至8中任一项所述的重金属吸附材料。
10.如权利要求9所述的一种吸附材料在处理工业废水中的用途，其特征在于：
所述工业废水中的金属离子包括Cu2+、Hg2+、Pb2+或Cd2+中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110790284.9A CN113522251A (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种重金属吸附材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110790284.9A CN113522251A (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种重金属吸附材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113522251A true CN113522251A (zh) | 2021-10-22 |
Family
ID=78098899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110790284.9A Pending CN113522251A (zh) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 一种重金属吸附材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113522251A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102553545A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-11 | 川渝中烟工业有限责任公司 | 一种纤维素复合微球及其制备方法 |
| CN103833102A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-06-04 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种重金属吸附复合膜及其制备方法 |
| CN105531306A (zh) * | 2013-05-03 | 2016-04-27 | 新加坡国立大学 | 多糖气凝胶 |
| CN107082894A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-22 | 湖南大学 | 一种双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用 |
| CN108276589A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-13 | 浙江农林大学 | 一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用 |
| US20200061577A1 (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Korea Institute Of Civil Engineering And Building Technology | Cesium adsorbent and method of preparing the same |
| CN110841610A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-02-28 | 广西科技大学 | 一种固载高分子的重金属吸附剂的制备方法 |
| CN112403442A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-26 | 广西大学 | 一种改性甘蔗渣纤维素基复合吸附剂的制备方法 |
| CN113083249A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-07-09 | 西北师范大学 | 一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备及应用 |
-
2021
- 2021-07-13 CN CN202110790284.9A patent/CN113522251A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102553545A (zh) * | 2012-03-16 | 2012-07-11 | 川渝中烟工业有限责任公司 | 一种纤维素复合微球及其制备方法 |
| CN105531306A (zh) * | 2013-05-03 | 2016-04-27 | 新加坡国立大学 | 多糖气凝胶 |
| CN103833102A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-06-04 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种重金属吸附复合膜及其制备方法 |
| CN107082894A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-22 | 湖南大学 | 一种双网络水凝胶吸附剂及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用 |
| CN108276589A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-13 | 浙江农林大学 | 一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用 |
| US20200061577A1 (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Korea Institute Of Civil Engineering And Building Technology | Cesium adsorbent and method of preparing the same |
| CN110841610A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-02-28 | 广西科技大学 | 一种固载高分子的重金属吸附剂的制备方法 |
| CN112403442A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-26 | 广西大学 | 一种改性甘蔗渣纤维素基复合吸附剂的制备方法 |
| CN113083249A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-07-09 | 西北师范大学 | 一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱文珺: "《0-6岁宝宝大百科全书》", 31 May 2012 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Effectively removal of cationic and anionic dyes by pH-sensitive amphoteric adsorbent derived from agricultural waste-wheat straw | |
| CN106179238B (zh) | 一种快速吸附重金属离子的多孔纳米纤维及其制备方法 | |
| CN102824898B (zh) | 一种三维多孔抗压限胀型膨润土吸附材料及其制备方法 | |
| CN109734228B (zh) | 一种复合污水处理方法 | |
| CN112516963B (zh) | 一种芝麻芯生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN110078332B (zh) | 一种利用改性钢渣促进剩余污泥厌氧发酵产酸的方法 | |
| CN110314640A (zh) | 贝壳粉吸附剂的制备工艺、贝壳粉负载纳米零价铁吸附剂的制备工艺及应用 | |
| CN108295818A (zh) | 一种利用氨基硫脲修饰竹浆纤维素制备重金属离子吸附材料的方法 | |
| Samad et al. | Batch study on the removal of mercury (II) ion from industrial wastewater using activated palm oil fuel ash | |
| CN101791537A (zh) | 用于低浓度烟气脱硫、脱硝的改性污泥活性炭及其制备方法 | |
| CN109231341B (zh) | 一种饮用水中重金属离子的去除方法 | |
| CN107774235B (zh) | 一种复合金属氧化物负载玉米芯纤维吸附材料及其制备方法和应用 | |
| CN113522251A (zh) | 一种重金属吸附材料及其制备方法 | |
| CN212504488U (zh) | 一种利用气化细渣的煤气化废水处理系统 | |
| CN113559827A (zh) | 一种高效吸附亚甲基蓝的细菌纤维素复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN110655137B (zh) | 一种基于飞灰的高盐有机废水净化及生物质催化热解联合处理工艺 | |
| Mustapha et al. | Preparation and characterization of Bio-Adsorbent from coconut husk for remazol red dye removal | |
| CN115121232B (zh) | 一种二氧化钛自清洁膜及其制备方法与应用 | |
| CN101003004A (zh) | 聚丙烯酸－聚偏氟乙烯共混分离膜和共混树脂的制备工艺 | |
| CN115849654A (zh) | 一种污泥脱水调理剂及其应用 | |
| CN112551644B (zh) | 一种能够同步乳液分离和染料降解的钯-纤维素膜的制备方法 | |
| CN104528864B (zh) | 一种利用高锰酸钾改性好氧颗粒污泥处理染料废水的方法 | |
| CN107349910A (zh) | 一种均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的制备方法及其应用 | |
| Wang et al. | Modified phoenix tree leaves and their adsorption removal of Ca 2+ from wastewater. | |
| Liu et al. | Alkaline etched hydrochar–based magnetic adsorbents produced from pharmaceutical industry waste for organic dye removal |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211022 |