本發(fā)明屬于陽離子交換樹脂，涉及一種高效改性陽離子交換樹脂及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、離子交換樹脂是帶有離子交換基團的網(wǎng)狀不溶性功能高分子材料。離子交換樹脂的基體主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類，它們與交聯(lián)劑二乙烯基苯聚合，形成具有網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的聚合物。

2、離子交換樹脂作為一種負(fù)載了活性基團的交聯(lián)高聚物，具有交換、吸收和催化等功能。離子交換樹脂主要用以水處理、食品、電力、醫(yī)藥衛(wèi)生以及冶金等領(lǐng)域。

3、離子交換樹脂是水處理過程中常見的耗材之一，離子交換樹脂在使用時可以保持高效的動力學(xué)性能以及較高的運行交換容量。一些含有金屬陽離子的水溶液與陽離子交換樹脂等酸性基團，在水中相遇時會發(fā)生金屬離子與離子交換樹脂上的h離子進行離子交換，使得溶液中的陽離子被轉(zhuǎn)移到樹脂上。

4、在凈化水過程中，陽離子交換樹脂會吸附水中的微生物，而這些微生物會將樹脂內(nèi)的一些成分作為養(yǎng)分進行繁殖，導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)被污染，樹脂的結(jié)構(gòu)被破壞，進而導(dǎo)致離子交換樹脂失去離子交換的功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高效改性陽離子交換樹脂及其制備方法，所制備的陽離子交換樹脂具有良好的吸附性、穩(wěn)定性和耐用性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種高效改性陽離子交換樹脂，包括以下重量份組分：100～120份陽離子交換樹脂、10～15份木質(zhì)素、10～15份復(fù)合絮凝劑和10～15份改性活性炭。

4、其中所述改性活性炭的制備過程如下：

5、s1.1、將活性炭與雙氧水和濃硫酸的混合溶液混合，加熱至50～80℃攪拌24～48h，攪拌結(jié)束后進行抽濾，將得到的固體分別用去離子水和乙醇洗滌2～3次，真空條件下在95℃下干燥16～20h，得到表面羥基化的活性炭，其中所述活性炭和雙氧水-濃硫酸的混合溶液的質(zhì)量比為(1～3)：(20～30)；

6、s1.2、室溫下，將活性炭、四丙基氫氧化銨和純水加入到反應(yīng)釜中，以350r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3～5h，經(jīng)過過濾、純水洗滌，并在75～85℃干燥箱中干燥8～14h，得到預(yù)處理活性炭；

7、s1.3、在100～120℃下，將20～30份預(yù)處理活性炭、20～30份表面羥基化的活性炭和60～80份氧化石墨烯分散液混合均勻，以300r/min的轉(zhuǎn)速保溫攪拌60～70h，過濾、85℃下干燥8～12h后經(jīng)過球磨機以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨4h，過200目篩得到改性活性炭。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述復(fù)合絮凝劑的制備過程如下：

9、將木質(zhì)素在70℃干燥箱中干燥6～12h，再通過球磨機以400r/min的轉(zhuǎn)速球磨1～3h，將30～40份球磨后的木質(zhì)素、50～70重量份聚丙烯酰胺和70～85份純水混合后升溫至80～95℃，保溫攪拌1～2h，在85～90℃時干燥7～10h后得到所述復(fù)合絮凝劑。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1.1中，所述雙氧水-濃硫酸的混合溶液中雙氧水和濃硫酸的體積比為1：(3～5)。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1.2中，所述活性炭、四丙基氫氧化銨和純水的質(zhì)量比為10：(1～3)：70。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1.3中，所述氧化石墨烯分散液的質(zhì)量濃度為3～5％。

13、一種高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，包括以下步驟：

14、s1、用乙醇沖洗陽離子交換樹脂，干燥后置于酸性溶液中，室溫反應(yīng)2～4h，用去離子水洗滌至中性，過濾、烘干后制得預(yù)處理陽離子交換樹脂；

15、s2、按重量份數(shù)，將預(yù)處理陽離子交換樹脂、木質(zhì)素、復(fù)合絮凝劑加入有機溶劑中，在加熱的條件下，混合攪拌均勻，過濾、干燥得改性陽離子交換樹脂粉末；

16、s3、將改性陽離子交換樹脂粉末和改性活性炭混合以350r/min的轉(zhuǎn)速攪拌均勻，造粒得改性陽離子交換樹脂。

17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1中，所述酸性溶液為摩爾濃度為1～3mol/l的鹽酸或硫酸溶液。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s1中，所述酸性溶液與陽離子交換樹脂的質(zhì)量比為10：1。

19、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s2中，所述加熱的溫度為35～40℃，混合攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時間為3～5h。

20、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s2中，所述干燥的條件為在50～60℃干燥6～8h。

21、羥基化活性炭表面的羥基官能團能夠顯著增強其大分子有機物的吸附能力，羥基官能團的存在可以使得活性炭顆粒之間形成更強的相互作用力，從而防止其在水溶液中發(fā)生團聚或沉淀，這種穩(wěn)定性的提高有助于活性炭在長時間使用過程中保持其優(yōu)良的吸附和催化性能。

22、用四丙基氫氧化銨對活性炭進行預(yù)處理，四丙基氫氧化銨在水中可分離出四丙基銨陽離子，會與活性炭表面發(fā)生物理吸附，改變活性炭表面的電荷分布和官能團種類，使活性炭表面官能團豐富。預(yù)處理活性炭與羥基化活性炭混合，同時加入氧化石墨烯，氧化石墨烯的引入可以優(yōu)化活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，使其更有利于物質(zhì)的擴散和吸附，從而提高吸附速率。羥基化活性炭表面的羥基官能團同樣具有優(yōu)異的吸附性能，能夠吸附更多的水分子和其他極性物質(zhì)。氧化石墨烯具有二維結(jié)構(gòu)和高比表面積，能夠吸附大量的氣體和液體分子，三者混合后，可以形成具有多層次結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，從而提高整體的吸附性能，能夠抵抗水流和機械應(yīng)力的沖擊，從而提高樹脂的穩(wěn)定性和耐用性。

23、木質(zhì)素改性的聚丙烯酰胺具有更強的絮凝能力，可以有效地將水中的懸浮物、膠體物質(zhì)等快速凝聚成較大的顆粒，從而加速沉降速度，提高水處理效率。在陽離子交換樹脂中加入復(fù)合絮凝劑，可以加速水中污染物的凝聚和沉降，從而縮短陽離子交換樹脂的處理時間，這不僅可以提高處理效率，還可以減少設(shè)備的投資和運行成本。同時由于絮凝劑能夠去除水中的大部分污染物，因此可以減輕陽離子交換樹脂的負(fù)荷，延長其使用壽命，減少再生頻率和再生劑的用量。絮凝劑的加入可以減少水中的懸浮物對陽離子交換樹脂的沖刷和磨損，從而保護樹脂的物理結(jié)構(gòu)和性能。通過去除水中的懸浮物和有機物等污染物，可以確保陽離子交換樹脂的交換位點不會被這些雜質(zhì)占據(jù)，從而提高其交換容量和交換效率。

24、陽離子交換樹脂在使用過程中會逐漸飽和，需要進行再生以恢復(fù)其交換能力。木質(zhì)素的加入可以促進樹脂的再生過程，一方面，木質(zhì)素可以作為一種“緩沖劑”，在再生過程中幫助樹脂更容易地釋放吸附的陽離子；另一方面，木質(zhì)素分子中含有大量的羥基、羧基等官能團，從而有助于樹脂在再生過程中釋放被吸附的陽離子，從而延長樹脂的整體使用壽命。

25、本發(fā)明的有益效果：

26、本發(fā)明中將陽離子交換樹脂、木質(zhì)素、復(fù)合絮凝劑、改性活性炭進行復(fù)配，得到改性陽離子交換樹脂，該改性陽離子交換樹脂吸附性好、穩(wěn)定性高且耐用性好。

技術(shù)特征：

1.一種高效改性陽離子交換樹脂，其特征在于，包括以下重量份組分：100～120份陽離子交換樹脂、10～15份木質(zhì)素、10～15份復(fù)合絮凝劑和10～15份改性活性炭。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效改性陽離子交換樹脂，其特征在于，所述復(fù)合絮凝劑的制備過程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效改性陽離子交換樹脂，其特征在于，步驟s1.1中，所述雙氧水-濃硫酸的混合溶液中雙氧水和濃硫酸的體積比為1：(3～5)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效改性陽離子交換樹脂，其特征在于，步驟s1.2中，所述活性炭、四丙基氫氧化銨和純水的質(zhì)量比為10：(1～3)：70。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效改性陽離子交換樹脂，其特征在于，步驟s1.3中，所述氧化石墨烯分散液的質(zhì)量濃度為3～5％。

6.一種如權(quán)利要求1-5任意一項所述的高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述酸性溶液為摩爾濃度為1～3mol/l的鹽酸或硫酸溶液。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述酸性溶液與陽離子交換樹脂的質(zhì)量比為10：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述加熱的溫度為35～40℃，混合攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時間為3～5h。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效改性陽離子交換樹脂的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述干燥的條件為在50～60℃干燥6～8h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高效改性陽離子交換樹脂及其制備方法，屬于陽離子交換樹脂技術(shù)領(lǐng)域。包括以下重量份組分：100～120份陽離子交換樹脂、10～15份木質(zhì)素、10～15份復(fù)合絮凝劑和10～15份改性活性炭。所制備的陽離子交換樹脂具有良好的吸附性、穩(wěn)定性和耐用性。

技術(shù)研發(fā)人員：魏增
受保護的技術(shù)使用者：上海意定新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28