專利名稱：利用半纖維素制備環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸附材料領(lǐng)域，涉及重金屬離子捕捉劑的制備方法，尤其涉及一種利用半纖維素制備重金屬離子捕捉劑的方法。
背景技術(shù)：
近年來，利用從生物質(zhì)原料分離的天然高分子，如纖維素和半纖維素，制備可生物降解的環(huán)保型吸附材料成為研究熱點。由于這類天然高分子吸附材料具有良好的生物相容性、無毒和可生物降解性，在重金屬離子廢水處理、印染廢水的脫色方面具有誘人的應(yīng)用前
旦
ο半纖維素含量僅次于纖維素，是一種豐富、廉價、可再生的天然高分子，具有可再生性、可生物降解、生物相容性和一些特殊的理化性能，被認(rèn)為是制備功能材料良好原料， 但是由于受半纖維素分離、提取及分子結(jié)構(gòu)的制約，與纖維素、淀粉等天然高分子功能材料研究相比，以半纖維素及其衍生物制備新型功能材料的研究甚少。來自工業(yè)廢水中的金屬離子，即使其濃度非常低，其對環(huán)境和人體健康都會造成嚴(yán)重的威脅。因此，這些廢水在排放之前，一定要去除其中的金屬離子。當(dāng)前普遍采用的處理金屬離子廢水的方法有化學(xué)沉淀法、膜過濾法、離子交換法、液相抽提法、反滲法、活性炭吸附法和生物質(zhì)基吸附法等?；谏镔|(zhì)基的吸附法具有諸多優(yōu)勢，如原料來源豐富、價廉、可再生、可生物降解，而且還非常容易對其進(jìn)行化學(xué)修飾。因此，基于生物質(zhì)吸附法被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)有效去除廢水中金屬離子的方法。目前為止，還沒有相關(guān)生物質(zhì)半纖維素制備重金屬離子吸附材料的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用半纖維素制備環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑的方法。本發(fā)明以半纖維素為原料，采用接枝共聚技術(shù)，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，半纖維素與丙烯酸反應(yīng)得到粗產(chǎn)物，粗產(chǎn)物進(jìn)一步堿處理，得到具有可降解性的環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑。通過本發(fā)明的方法制備的捕捉劑性能高效、穩(wěn)定，并且能夠循環(huán)使用。本發(fā)明的制備方法簡單易控，成本低，易于工業(yè)化。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
利用半纖維素制備環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑的方法，包括如下步驟
(1)按質(zhì)量體積比為1:(2(T50)g mL—1將黃竹半纖維素加入蒸餾水，于60 85°C加熱5 30min得到混合體系；
(2)在惰性氣體的保護(hù)下，向步驟(1)處理后的混合體系中加入引發(fā)劑引發(fā)5 20min， 然后加入交聯(lián)劑和部分中和的丙烯酸，攪拌廣3h，于25、0°C保溫12 36h，得到粗產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)得到的粗產(chǎn)物在氫氧化鈉溶液中浸泡2(T30h，然后用蒸餾水洗滌，于 5(T60°C真空干燥2(Γ4 !至恒重，得到重金屬離子捕捉劑。本發(fā)明步驟(1)中，所述黃竹半纖維素通過如下方法制備黃竹干燥后研磨成粉，將質(zhì)量比為1. 2^1. 8的磨碎黃竹和亞氯酸鈉混合，按黃竹與蒸餾水的固液比為1 (15 25) g ml/1加入蒸餾水，用鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)pH值為3. 8 4. 0后在7(T80°C提取2lh，過濾， 濾渣用95% (wt.)乙醇洗滌2 3次，于5(T60°C下干燥12 16h，得到脫木素的黃竹；得到的脫木素的黃竹用8 10% (wt. )Κ0Η溶液在20 30°C提取8 12 h，過濾，濾液用4 7 mol/ L醋酸調(diào)節(jié)pH值為5. 5，再加入95% (wt.)乙醇，靜置8 IOh得到沉淀，過濾，沉淀用酸化的 70% (體積分?jǐn)?shù))乙醇洗滌2 3次，在-4(T50°C下冷凍干燥4(T60h，得到黃竹半纖維素。本發(fā)明所述脫木素的黃竹與纊10% (wt.)氫氧化鉀溶液的質(zhì)量體積比為1: (15^25) g mlA本發(fā)明步驟(2)中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨和四甲基乙二胺的混合物；所述過硫酸銨和四甲基乙二胺的質(zhì)量體積比為0. 5^1. 5g mL-1 ；所述引發(fā)劑的質(zhì)量為半纖維素質(zhì)量的2 20%。本發(fā)明步驟(2)中，所述交聯(lián)劑為#，^ 一亞甲基雙丙烯酰胺；所述交聯(lián)劑的質(zhì)量為半纖維素質(zhì)量的5 25%。本發(fā)明步驟(2)中，所述部分中和的丙烯酸為中和度70%的丙烯酸；所述部分中和的丙烯酸與半纖維素的質(zhì)量比為(廣16) :1。本發(fā)明步驟(3)中，所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為0. 5^1. 5mol/L。本發(fā)明步驟(2)中，所述惰性氣體為氮氣。本發(fā)明制備的環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑對重金屬離子鉛離子和鋅離子最大吸附量分別是518 mg/L和200 mg/L。本發(fā)明的制備方法有如下優(yōu)點
(1)本發(fā)明采用廉價、無毒、可再生、可生物降解與良好生物相容性的生物質(zhì)半纖維素為原料，有利于環(huán)境保護(hù)；
(2)本發(fā)明的制備方法操作簡單，反應(yīng)條件易控制，容易工業(yè)化；
(3)本發(fā)明制備的重金屬離子捕捉劑具有生物可降解性、穩(wěn)定性好、可再生，能夠循環(huán)利用；
(4)本發(fā)明制備的重金屬離子捕捉劑結(jié)合了天然高分子和合成高分子的優(yōu)勢，符合綠色環(huán)保理念和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。


圖1為本發(fā)明的制備方法的工藝流程示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)特點，下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明， 但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不僅限于此。實施例1
(1)將50g磨碎黃竹和75g亞氯酸鈉加入IOOOmL水中，在75°C加熱池，用醋酸調(diào)體系 pH值至3. 8，得到脫木素的黃竹；取IOg脫木素的黃竹加入200mL 10% (wt)氫氧化鉀溶液于23°C抽提10h，得到的濾液用6mol/L醋酸調(diào)pH值至5. 5，然后用3倍濾液體積的95%乙醇沉淀，過濾，最后用70%酸化乙醇洗滌，在-50°C下冷凍干燥60h，得到黃竹半纖維素；(2)將6g黃竹半纖維素加入ISOmL蒸餾水，于85°C加熱IOmin得到混合體系；
(3)在氮氣的保護(hù)下，向步驟(2)得到的混合體系中加入0.3g過硫酸銨和0. 3mL四甲基乙二胺引發(fā)lOmin，然后加入12g部分中和的丙烯酸和0.6g#，Y —亞甲基雙丙烯酰胺， 攪拌池，于25°C保溫Mh，得到粗產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)得到的粗產(chǎn)物在lmol/L氫氧化鈉溶液中浸泡Mh，然后用蒸餾水洗滌， 于50°C真空干燥4 至恒重，得到重金屬離子捕捉劑。實施例1制備的重金屬離子捕捉劑對鉛和鋅的最大吸附量分別為518mg/L和 200mg/Lo實施例2
(1)將50g磨碎黃竹和75g亞氯酸鈉加入IOOOmL水中，在75°C加熱池，用醋酸調(diào)體系 PH值至3. 8，得到脫木素的黃竹；取IOg脫木素的黃竹加入230mL 8% (wt)氫氧化鉀溶液于 30°C抽提他，得到的濾液用6mol/L醋酸調(diào)pH值至5. 5，然后用3倍濾液體積的95%乙醇沉淀，過濾，最后用70%酸化乙醇洗滌，在-50°C下冷凍干燥40h，得到黃竹半纖維素；
(2)將6g黃竹半纖維素加入120mL蒸餾水，于85°C加熱20min得到混合體系；
(3)在氮氣的保護(hù)下，向步驟(2)得到的混合體系中加入0.6g過硫酸銨和0. 6mL四甲基乙二胺引發(fā)5min，然后加入96g部分中和的丙烯酸和1.5g#，Y —亞甲基雙丙烯酰胺， 攪拌3h，于40°C保溫12h，得到粗產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)得到的粗產(chǎn)物在0. 5mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡20h，然后用蒸餾水洗滌，于55°C真空干燥3 至恒重，得到重金屬離子捕捉劑。實施例2制備的重金屬離子捕捉劑對鉛和鋅的最大吸附量分別為200mg/L和 110mg/L。實施例3
(1)將50g磨碎黃竹和75g亞氯酸鈉加入IOOOmL水中，在75°C加熱池，用醋酸調(diào)體系 pH值至3. 8，得到脫木素的黃竹；取IOg脫木素的黃竹加入250mL 10% (wt)氫氧化鉀溶液于20°C抽提12h，得到的濾液用6mol/L醋酸調(diào)pH值至5. 5，然后用3倍濾液體積的95%乙醇沉淀，過濾，最后用70%酸化乙醇洗滌，在-50°C下冷凍干燥48h，得到黃竹半纖維素；
(2)將6g黃竹半纖維素加入300mL蒸餾水，于85°C加熱IOmin得到混合體系；
(3)在氮氣的保護(hù)下，向步驟(2)得到的混合體系中加入0.12g過硫酸銨和0. 12mL四甲基乙二胺引發(fā)20min，然后加入48g部分中和的丙烯酸和0.3g #，Nt 一亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌Ih，于20 0C保溫3 ，得到粗產(chǎn)物；
(3)將步驟(2)得到的粗產(chǎn)物在1. 5mol/L氫氧化鈉溶液中浸泡30h，然后用蒸餾水洗滌，于60°C真空干燥20h至恒重，得到重金屬離子捕捉劑。實施例3制備的重金屬離子捕捉劑對鉛和鋅的最大吸附量分別為408mg/L和 140mg/L。
權(quán)利要求
1.利用半纖維素制備環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)按質(zhì)量體積比為1:(2(T50)g mL—1將黃竹半纖維素加入蒸餾水，于60 85°C加熱5 30min得到混合體系；(2)在惰性氣體的保護(hù)下，向步驟(1)處理后的混合體系中加入引發(fā)劑引發(fā)5 20min， 然后加入交聯(lián)劑和部分中和的丙烯酸，攪拌廣3h，于25、0°C保溫12 36h，得到粗產(chǎn)物；(3)將步驟(2)得到的粗產(chǎn)物在氫氧化鈉溶液中浸泡2(T30h，然后用蒸餾水洗滌，于 5(T60°C真空干燥2(Γ4 !至恒重，得到重金屬離子捕捉劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述黃竹半纖維素通過如下方法制備黃竹干燥后研磨成粉，將質(zhì)量比為1. 2^1. 8的磨碎黃竹和亞氯酸鈉混合，按黃竹與蒸餾水的固液比為1 (15 25)g ml；1加入蒸餾水，用鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)pH值為3. 8 4. 0后在7(T80°C提取2 3h，過濾，濾渣用95% (wt.)乙醇洗滌2 3次，于5(T60°C下干燥 12 16h，得到脫木素的黃竹；將得到的脫木素的黃竹用8 10% (wt. ) KOH溶液在20 30°C 提取8 12 h，過濾，濾液用4 7 mol/L醋酸調(diào)節(jié)pH值為5. 5，再加入95% (wt.)乙醇，靜置8 IOh得到沉淀，過濾，沉淀用酸化的70% (體積分?jǐn)?shù))乙醇洗滌2 3次，在-4(T50°C下冷凍干燥4(T60h，得到黃竹半纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述脫木素的黃竹與8 10%(wt.)氫氧化鉀溶液的質(zhì)量體積比為1: (15 25)g ml/1。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨和四甲基乙二胺的混合物；所述過硫酸銨和四甲基乙二胺的質(zhì)量體積比為 0. 5^1. 5g mL—1 ；所述引發(fā)劑的質(zhì)量為半纖維素質(zhì)量的2 20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述交聯(lián)劑為#，^一亞甲基雙丙烯酰胺；所述交聯(lián)劑的質(zhì)量為半纖維素質(zhì)量的5 25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述部分中和的丙烯酸為中和度70%的丙烯酸；所述部分中和的丙烯酸與半纖維素的質(zhì)量比為(廣16) :1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為 0. 5^1. 5mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述惰性氣體為氮氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用半纖維素制備環(huán)保高效重金屬離子捕捉劑的方法，包括以下步驟首先從黃竹中提取半纖維素，將黃竹半纖維素加入蒸餾水，于60～85℃加熱活化，在惰性氣體的保護(hù)下，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，與部分中和的丙烯酸進(jìn)行接枝共聚，粗產(chǎn)物在氫氧化鈉溶液中浸泡、水洗，真空干燥，得到重金屬離子捕捉劑。本發(fā)明的制備方法工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，易于工業(yè)化；通過本發(fā)明制備的重金屬離子捕捉劑呈多孔狀，無毒，具有生物可降解性，對重金屬離子吸附容量大，再生能力強(qiáng)，尤其對鉛離子和鋅離子重金屬有較高的吸附能力，可以用于含重金屬離子廢水的凈化處理。
文檔編號C02F1/62GK102489261SQ20111038959
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者任俊莉, 孫潤倉, 彭新文, 施文斌 申請人:華南理工大學(xué)