CN115646467A - 一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂及其制备方法,利用富含胺基的聚乙烯亚胺,通过简便的反应过程,制备基于废弃花泥的重金属吸附剂。所制备得到的吸附剂富含螯合基团,具有良好络合能力,可用于富集水样中重金属离子。同时,该吸附剂具有良好的制备重复性、温和的修饰条件、通透性能好、无需使用有机溶剂和性价比高等优点。因此,本发明不仅可实现废弃花泥的资源化再利用,而且为水样中痕量重金属污染物的去除提供高性能和价格低廉的吸附剂,具有广阔的实际应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物资源化再利用领域,尤其涉及一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂及其制备方法。
背景技术
花泥是利用酚醛塑料发泡制成的一种高分子聚合物,由于其具有高亲水性能,因此被广泛用于插花保湿。随着人们生活水平的提高,鲜花需求火爆,这导致花泥用量急剧增加。但花泥使用寿命短,无法重复使用,使用后的花泥被随意丢弃,这不仅影响环境美观,而且花泥的主要化学成份难以降解,对环境生态造成潜在危害。因此,如何有效将废弃花泥进行资源化再利用具有重要的现实意义。目前对酚醛树脂进行改性已有诸多研究报道,但已有的研究大部分是在制备酚醛树脂过程中添加一些功能化试剂,从而实现对酚醛树脂的改性,这严格意义上来说并不是酚醛树脂资源化再利用,更不是废弃花泥的回收、改性、再生和应用。因此,基于废弃花泥回收再生的社会需求和相关研究的欠缺,有必要对废弃花泥进行改性,赋予新性能,从而达到废弃花泥的资源化再利用目的,也为水环境中重金属污染物的去除提供一种价格低廉、萃取性能优越的吸附剂。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题,提供一种通过对废弃花泥进行简单修饰,制备富含螯合基团,具有良好制备重复性、环境友好、高通透性能、价格低廉和可有效富集重金属等优点的功能化吸附材料,实现对废弃花泥的资源化再利用。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂,包括花泥、改性剂和交联剂;所述花泥为用于鲜花保湿后的废弃花泥,所述改性剂为聚乙烯亚胺,所述交联剂为戊二醛。
一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
1)利用氢氧化钠溶液浸泡花泥,对花泥中的化学基团进行活化;
2)利用聚乙烯亚胺溶液对花泥进行功能化修饰;
3)利用戊二醛对聚乙烯亚胺功能化的花泥进行交联。
步骤1)中,所述氢氧化钠溶液的浓度为0.05~1.0mol/L。
步骤1)中,浸泡时间为0.5~48h。
步骤2)中,首先将活化后的花泥用水清洗至中性,然后将花泥浸泡在聚乙烯亚胺水溶液1~48h,在振荡速度为25~500r/min的振荡模式下使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中。
步骤2)中,聚乙烯亚胺的分子量为600~100000,聚乙烯亚胺水溶液的稀释倍数不大于50倍。
步骤3)中,在振荡速度为25~500r/min的振荡模式下,将功能化的花泥浸泡在戊二醛水溶液0.5~12h,然后用超纯水清洗花泥。
所述戊二醛水溶液中,戊二醛与水的体积比为0.5~10。
所述花泥的直径为1.0~10cm,厚度为0.5~50cm。
所述花泥的直径为1.0~10cm,厚度为0.5~50cm。
相对于现有技术,本发明技术方案取得的有益效果是:
本发明对废弃花泥的改性过程具有制备简单、低成本和环境友好等特点,全过程无需加热步骤,无需用到有机溶剂,所用试剂价廉易得。改性后的花泥富含胺基,具有理想的螯合能力,可通过配位作用吸附重金属,实现对环境水样中重金属的有效去除。因此,本发明所涉及对废弃花泥进行功能化改性技术,不仅可使废弃花泥资源化再利用,而且为水中重金属污染物去除提供高效、价廉的吸附剂,具有广阔的实际应用前景。
附图说明
图1为未改性的花泥图。
图2为实施例5所制得的吸附剂产品图。
图3为实施例5所制得的吸附剂的红外光谱图。
图4为实施例5所制得的吸附剂的扫描电镜图。
图5为实施例5所制得的吸附剂的能谱图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合附图和实施例,对本发明做进一步详细说明。
实施例1
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为1.0cm,厚度为0.5cm的清洗后的花泥浸泡在浓度为0.05mol/L的NaOH溶液中0.5h,对花泥中的化学基团进行活化。将活化的花泥用水清洗至中性,然后在振荡模式下(25r/min),将花泥浸泡在分子量为600的聚乙烯亚胺水溶液(不稀释,含量大于99%(w/w))48h,以使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中;然后,在25r/min振荡模式下,将制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度0.5(v/v)戊二醛水溶液0.5h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,用超纯水清洗改性花泥1次。
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂的反应方程式如下:
实施例2
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为1.5cm,厚度为1.0cm的清洗后花泥浸泡浓度为0.5mol/L NaOH溶液12h,对花泥中的化学基团进行活化。将活化的花泥用水清洗至中性,然后在振荡模式下(50r/min),将花泥浸泡在分子量为600的聚乙烯亚胺溶液(稀释5倍,含量20%(w/w))16h,以使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中。然后,在50r/min振荡模式下,将制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度1.0(v/v)戊二醛水溶液3.0h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,用超纯水清洗改性花泥1次。
实施例3
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为2.0cm,厚度为1.0cm的清洗后花泥浸泡浓度为0.5mol/L NaOH溶液12h,对花泥中的化学基团进行活化。将活化的花泥用水清洗至中性,然后在振荡模式下(50r/min),将花泥浸泡在分子量为600的聚乙烯亚胺溶液(稀释5倍,含量20%(w/w))16h,以使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中。然后,在50r/min振荡模式下,将制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度1.0(v/v)戊二醛水溶液3.0h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,用超纯水清洗改性花泥2次。
实施例4
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为2.5cm,厚度为1.0cm的清洗后花泥浸泡浓度为0.5mol/L NaOH溶液12h,对花泥中的化学基团进行活化。将活化的花泥用水清洗至中性,然后在振荡模式下(50r/min),将花泥浸泡在分子量为600的聚乙烯亚胺溶液(稀释5倍,含量20%(w/w))16h,以使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中。然后,在50r/min振荡模式下,将制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度1.0(v/v)戊二醛水溶液3.0h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,用超纯水清洗改性花泥3次。
实施例5
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为2.5cm,厚度为1cm的清洗后花泥浸泡浓度为0.5mol/L NaOH溶液16h,对花泥中的化学基团进行活化。然后将活化的花泥用水清洗至中性,在50r/min振荡模式下,将花泥浸泡在分子量为10000的聚乙烯亚胺水溶液(稀释5倍,含量20%(w/w))12h,以使聚乙烯亚胺通过多重作用力负载到活化的酚醛基团中。在基础上,在振荡模式下(振荡速度为100r/min),将第二步制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度1.0%(v/v)戊二醛水溶液3.0h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,然后用超纯水清洗花泥3次。
图1为未改性的花泥,图2为本实施例利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥所制得重金属吸附剂的实物图。图3为本实施例利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥所制得重金属吸附剂的红外光谱图;图中的主要吸收峰的波数分别为3412cm-1、2931cm-1、2833cm-1、1653cm-1、1570cm-1、1465cm-1、1384cm-1、1354cm-1、1121cm-1和1130cm-1。
图4为本实施例利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥所制得重金属吸附剂的扫描电镜图。图5为本实施例利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥所制得重金属吸附剂的能谱图;根据能谱计算得到吸附剂中,C、N和O的含量分别为60.8%、28.0%和11.2%(w/w)。
实施例6
利用聚乙烯亚胺制备基于废弃花泥的重金属吸附剂:
将直径为10cm,厚度为50cm的清洗后花泥浸泡浓度为1.0mol/L NaOH溶液48h,对花泥中的化学基团进行活化。然后将活化的花泥用水清洗至中性,在500r/min的振荡模式下,将花泥浸泡在分子量为100000的聚乙烯亚胺水溶液(稀释50倍,含量2%(w/w))48h,以使聚乙烯亚胺通过多重作用力负载到活化的酚醛基团中。在此基础上,在振荡模式下(振荡速度为500r/min),将第二步制备得到的聚乙烯亚胺功能化花泥浸泡在浓度10%(v/v)戊二醛水溶液12h,使戊二醛与聚乙烯亚胺发生交联反应。反应完后,然后用超纯水清洗花泥10次。
实施例7
将制备得到的吸附剂对水样中Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除性能研究:
配制Cu2+、Pb2+和Cd2+含量均为100μg/L水溶液50mL,将实施例5得到的吸附剂放入该溶液,在100r/min振荡模式下,对三种重金属离子进行吸附30min。吸附完后,利用原子吸收光谱测定溶液中剩余的重金属离子含量。根据吸附前后溶液中重金属离子含量的变化计算去除效率。计算得到所合成的吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除率分别为89%、90%和93%。
实施例8
不同尺寸吸附剂对水样中Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除性能比较:
配制Cu2+、Pb2+和Cd2+含量均为100μg/L水溶液50mL三份,将实施例2、3和4得到的吸附剂放入分别水溶液中,在100r/min振荡模式下,对三种重金属离子进行吸附30min。吸附完后,利用原子吸收光谱测定溶液中剩余的重金属离子含量。根据吸附前后溶液中重金属离子含量的变化计算去除效率。计算得到实施例2合成的吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除率分别为62%、56%和62%;实施例3合成的吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除率分别为68%、60%和68%;实施例4合成的吸附剂对Cu2+、Pb2+和Cd2+的去除率分别为70%、67%和70%。
本发明利用富含胺基的聚乙烯亚胺,通过简便的反应过程,制备基于废弃花泥的重金属吸附剂。所制备得到的吸附剂富含螯合基团,具有良好络合能力,可用于富集水样中重金属离子。同时,该吸附剂具有良好的制备重复性、温和的修饰条件、通透性能好、无需使用有机溶剂和性价比高等优点。因此,本发明不仅可实现废弃花泥的资源化再利用,而且为水样中痕量重金属污染物的去除提供高性能和价格低廉的吸附剂,具有广阔的实际应用前景。
Claims (9)
1.一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂,其特征在于:包括花泥、改性剂和交联剂;所述花泥为用于鲜花保湿后的废弃花泥,所述改性剂为聚乙烯亚胺,所述交联剂为戊二醛。
2.权利要求1所述的一种基于改性废弃花泥的重金属吸附剂的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)利用氢氧化钠溶液浸泡花泥,对花泥中的化学基团进行活化;
2)利用聚乙烯亚胺溶液对花泥进行功能化修饰;
3)利用戊二醛对聚乙烯亚胺功能化的花泥进行交联。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,所述氢氧化钠溶液的浓度为0.05~1.0mol/L。
4.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,浸泡时间为0.5~48h。
5.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,首先将活化后的花泥用水清洗至中性,然后将花泥浸泡在聚乙烯亚胺水溶液1~48h,在振荡速度为25~500r/min的振荡模式下使聚乙烯亚胺负载到活化的酚醛基团中。
6.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,聚乙烯亚胺的分子量为600~100000,聚乙烯亚胺水溶液的稀释倍数不大于50倍。
7.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中,在振荡速度为25~500r/min的振荡模式下,将功能化的花泥浸泡在戊二醛水溶液0.5~12h,然后用超纯水清洗花泥。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述戊二醛水溶液中,戊二醛与水的体积比为0.5~10。
9.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述花泥的直径为1.0~10cm,厚度为0.5~50cm。
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