一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，将秸秆分别用亚氯酸钠和氢氧化钠预处理以及高碘酸钠氧化，得到醛基秸秆纤维素。采用改良化学共沉淀法制备磁性纳米粒子，然后用硅烷偶联剂KH550对其进行表面改性，得到KH550改性磁性纳米粒子，最后将KH550改性磁性纳米粒子、聚乙烯亚胺和戊二醛进行交联反应，制备具有希夫碱交联结构和多种吸附基团的磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂，饱和磁化强度为10～30 emu/g，剩磁和矫顽力均趋于零，具有顺磁性和磁响应性，重金属离子吸附容量达15～250mg/g，50～150min达到吸附平衡，再生循环利用5次重金属离子吸附容量超过第一次吸附容量的75%，可广泛应用于重金属离子吸附分离以及重金属离子污染治理等。

Preparation method of magnetic straw cellulose heavy metal ion adsorbent

The invention relates to a preparation method of magnetic straw cellulose heavy metal ion adsorbent, which is pretreated with sodium chlorite and sodium hydroxide, and oxidized by sodium periodate to obtain aldehyde base straw cellulose. Preparation of magnetic nanoparticles by modified chemical coprecipitation method, and then the surface modification with silane coupling agent KH550 modified by KH550 nanoparticles, the KH550 modified magnetic nanoparticles, polyethylenimine and glutaraldehyde crosslinking reaction of cellulose, heavy metal ions were prepared with magnetic straw Schiff base crosslinked structure and a variety of adsorption adsorption group agent, the saturation magnetization is 10 ~ 30 emu/g, remanence and coercivity are zero, with paramagnetic and magnetic response, the capacity of adsorption of heavy metal ions was 15 ~ 250mg/g, 50 ~ 150min to reach adsorption equilibrium, recycling of 5 heavy metal ions adsorption capacity than the first adsorption capacity of 75%, can be widely used in adsorption separation of heavy metal ions and heavy metal ions pollution etc..

【技术实现步骤摘要】
一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法一、
本专利技术涉及一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，本专利技术制备的磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂适用于重金属离子的吸附分离，可广泛应用于重金属离子吸附、重金属离子分离提纯以及重金属离子环境污染治理等。二、
技术介绍
随着全球工业化程度的提高，环境污染日趋严重，其中水污染严重影响了人们的生产生活，工业废水是水体主要的重金属污染源，许多工业过程，如电镀、制革、采矿、炼钢、染色等，会产生大量含重金属离子的废水，如Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、As3+、Hg2+、Cr3+、Co2+和Co3+等，由于重金属不能被生物所降解，重金属离子的工业废水进入水体环境后，会引起水生生物中毒，并通过食物链在人体内富集，威胁到人体的健康，因此重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。含重金属离子废水的治理一直是人们关注的重点和难点，处理重金属离子废水的方法很多，各自存在优缺点，其中化学法处理电镀含锌废水具有投资少、处理技术易掌握的优点，缺点是消耗化工材料，产生的污泥不易排放；离子交换法处理量大，但树脂易受污染，操作费用高；吸附法虽吸附容量大，但吸附材料使用寿命短，须再生，操作费用高。因此，国内外学者都在探索和研究一种高效重金属离子脱除方法。近年来的研究结果表明高效低廉化学处理药剂的开发和使用，是解决重金属废水污染问题的良好途径。传统的吸附剂如离子交换树脂、吸附树脂、炭质类吸附剂以及天然介孔矿物材料等，这些吸附材料吸附重金属离子后只能通过离心、过滤、沉淀等传统方法分离，不但费时费力而且不节能环保，易破坏吸附材料的结构，对于吸附材料的再生利用带来影响。近年来，纳米材料和纳米技术的出现极大促进了重金属离子处理技术的进步和发展，磁性纳米材料因其自身特有的大比表面积、丰富的活性点及高磁性等优点在重金属去除领域展现出巨大的应用潜力。磁性纳米吸附剂可以吸附水体中的重金属污染物，吸附完成后，在外部磁场的作用下通过磁性分离，实现吸附剂和母液的快速有效分离，并且成本低，操作简单，较好地解决了常规吸附剂固液分离难和回收分离难的问题。He等通过以空心煤胞为核，磁性材料为壳制备具有核壳结构的磁性复合材料，对废水重金属铅离子的去除率能达99.7％。关晓辉等采用自制半透膜水解法制备以规则球形结构为主的磁性Fe3O4纳米粒子，对重金属离子Pb2+、Cu2+和Cr6+进行吸附，均得到了较好的吸附效果。柴多里等采用水热法制备的磁性Fe3O4纳米粒子，对水中五价砷离子的去除率达90％。Behzad合成了磁性Fe3O4@SiO2接枝席夫碱型吸附材料，重金属离子Cu2+、Zn2+和Ni2+的吸附容量分别达97.2mg/g、87mg/g和81.6mg/g。Souda等通过2-氨基2-甲基1-丙磺酸与磁性Fe3O4纳米粒子的反应制备磁性水凝胶，对重金属离子Zn2+和Cd2+的吸附容量均高于普通非磁性水凝胶。Feng等制备了磁性羟基磷灰石吸附剂，对重金属离子Cd2+和Zn2+的最大理论吸附容量分别为1.964mmol/g和2.151mmol/g。郑根武采用乳化交联法将壳聚糖与Fe3O4纳米基体复合得到壳聚糖/Fe3O4磁性微球，水溶液Cu2+的吸附容量达78.15mg/g。Zhu等制备磁性Fe3O4/纤维素并将其用于水溶液重金属离子Mn2+、Pb2+和Cr3+吸附，发现磁性Fe3O4/纤维素的重金属离子吸附性能和循环再生利用性能较好。程昌敬等采用氯乙酸对高脱乙酰度壳聚糖进行羧甲基化处理，然后将其与磁性Fe3O4纳米粒子进行表面接枝共聚得到核壳结构的磁性壳聚糖吸附剂，重金属离子Cu2+的吸附容量为71.43mg/g。虽然磁性聚合物重金属离子吸附剂越来越受到人们的广泛关注并逐渐成为国内外的研究热点，但目前国内外还未见报道有关磁性秸秆纤维素/聚乙烯亚胺重金属离子吸附剂的制备及其重金属离子吸附性能研究。三、
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的就是在提供一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法。首先采用改良化学共沉淀法制备磁性纳米粒子，然后采用硅烷偶联剂KH550对其进行表面改性，得到KH550改性磁性纳米粒子。另一方面，将秸秆进行预处理和化学氧化制备醛基秸秆纤维素，最后将KH550改性磁性纳米粒子、醛基秸秆纤维素、聚乙烯亚胺和戊二醛进行化学交联，制备具有希夫碱交联结构和多种重金属离子吸附基团的磁性秸秆纤维素/聚乙烯亚胺重金属离子吸附剂，通过硅烷偶联剂改性磁性纳米粒子，改善磁性纳米粒子和聚合物基体的相容性，抑制磁性纳米粒子和聚合物基体的宏观相分离，实现磁性秸秆纤维素/聚乙烯亚胺重金属离子吸附的高效磁性智能分离，较好解决普通吸附剂固液分离难、易产生二次污染的缺点。根据本专利技术的目的，提出了一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征有如下工艺步骤：a)将秸秆剪成碎片，用去离子水洗涤3～5次，放入烘箱60～80℃烘干，粉碎，筛取100～200目的秸秆粉末，将秸秆粉末和亚氯酸钠加入到pH＝3.5～5.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液，升温到50～90℃，反应2～6h后冷却至室温，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，60～80℃烘箱干燥，粉碎，得到预处理秸秆；秸秆粉末、亚氯酸钠和pH＝3.5～5.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液的质量比为10～30：3～10：100～200；b)将预处理秸秆加入到质量浓度为5～10％的NaOH溶液，升温到60～90℃，反应2～6h，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到预处理秸秆纤维素；预处理秸秆和质量浓度为5～10％的NaOH溶液的质量比为10～30：100～200；c)将预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水加入到三口烧瓶中，升温到40～60℃，反应1.5～3h，将产物用去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到醛基秸秆纤维素；预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水的质量比为10～30：5～10：100～200；d)将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和去离子水加入到三口烧瓶中，搅拌均匀，氮气保护30min后升温到50～80℃，然后滴加质量浓度为25～30％的氨水溶液，氨水溶液滴加完毕后氮气保护恒温反应3～6h，降温至室温，去离子水洗涤3～5次，磁铁分离，得到磁性纳米粒子；FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、质量浓度为25～30％的氨水溶液和去离子水的质量比为10～30:5～10：25～60:100～200；e)将磁性纳米粒子、硅烷偶联剂KH550和去离子水加入到三口烧瓶中搅拌均匀，氮气保护30min后升温到50～80℃，然后滴加质量浓度为25～30％的氨水溶液，氮气保护恒温反应3～6h后降温至室温，去离子水洗涤3～5次，磁铁分离，得到KH550改性纳米磁性粒子；磁性纳米粒子、硅烷偶联剂KH550、质量浓度为25～30％的氨水溶液和去离子水的质量比为1～5:2～15：2～15:100～200；f)将去离子水、KH550改性磁性纳米粒子和聚乙烯亚胺加入到三口烧瓶中，通入氮气搅拌均匀，升温至40～70℃，然后加入醛基秸秆纤维素和戊二醛，氮气保护恒温反应1～3h，将产物用去离子水洗涤3～5次，磁性分离，60～80℃烘箱干燥，粉碎，得到磁性秸秆纤维素重金属离子吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于有如下工艺步骤：将秸秆剪成碎片，用去离子水洗涤3～5次，放入烘箱60～80℃烘干，粉碎，筛取100～200目的秸秆粉末，将秸秆粉末和亚氯酸钠加入到pH=3.5～5.5的醋酸‑醋酸钠缓冲溶液，升温到50～90℃，反应2～6h后冷却至室温，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，60～80℃烘箱干燥，粉碎，得到预处理秸秆；秸秆粉末、亚氯酸钠和pH=3.5～5.5的醋酸‑醋酸钠缓冲溶液的质量比为10～30：3～10：100～200；将预处理秸秆加入到质量浓度为5～10%的NaOH溶液，升温到60～90℃，反应2～6h，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到预处理秸秆纤维素；预处理秸秆和质量浓度为5～10%的NaOH溶液的质量比为10～30：100～200；将预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水加入到三口烧瓶中，升温到40～60°C，反应1.5～3h，将产物用去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到醛基秸秆纤维素；预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水的质量比为10～30：5～10：100～200；将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和去离子水加入到三口烧瓶中，搅拌均匀，氮气保护30min后升温到50～80°C，然后滴加质量浓度为25～30%的氨水溶液，氨水溶液滴加完毕后氮气保护恒温反应3～6h，降温至室温，去离子水洗涤3～5次，磁铁分离，得到磁性纳米粒子；FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、质量浓度为25～30%的氨水溶液和去离子水的质量比为10～30:5～10：25～60:100～200；将磁性纳米粒子、硅烷偶联剂KH550和去离子水加入到三口烧瓶中搅拌均匀，氮气保护30min后升温到50～80°C，然后滴加质量浓度为25～30%的氨水溶液，氮气保护恒温反应3～6h后降温至室温，去离子水洗涤3～5次，磁铁分离，得到KH550改性纳米磁性粒子；磁性纳米粒子、硅烷偶联剂KH550、质量浓度为25～30%的氨水溶液和去离子水的质量比为1～5: 2～15：2～15:100～200；将去离子水、KH550改性磁性纳米粒子和聚乙烯亚胺加入到三口烧瓶中，通入氮气搅拌均匀，升温至40～70°C，然后加入醛基秸秆纤维素和戊二醛，氮气保护恒温反应1～3h，将产物用去离子水洗涤3～5次，磁性分离，60～80℃烘箱干燥，粉碎，得到磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂；醛基秸秆纤维素、KH550改性磁性纳米粒子、聚乙烯亚胺、戊二醛和去离子水的质量比为1～6: 0.5～5: 0.5～5：0.2～2：100～200；磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂饱和磁化强度为10～30 emu/g，剩磁和矫顽力均趋于零，具有顺磁性和磁响应性，对于初始浓度为100～1000mg/L重金属离子水溶液，重金属离子吸附容量达到15～250mg/g，50～150min达到吸附平衡，再生循环利用5次后的重金属离子吸附容量超过第一次吸附容量的75%。...

【技术特征摘要】
1.一种磁性秸秆纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于有如下工艺步骤：将秸秆剪成碎片，用去离子水洗涤3～5次，放入烘箱60～80℃烘干，粉碎，筛取100～200目的秸秆粉末，将秸秆粉末和亚氯酸钠加入到pH=3.5～5.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液，升温到50～90℃，反应2～6h后冷却至室温，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，60～80℃烘箱干燥，粉碎，得到预处理秸秆；秸秆粉末、亚氯酸钠和pH=3.5～5.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液的质量比为10～30：3～10：100～200；将预处理秸秆加入到质量浓度为5～10%的NaOH溶液，升温到60～90℃，反应2～6h，过滤，去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到预处理秸秆纤维素；预处理秸秆和质量浓度为5～10%的NaOH溶液的质量比为10～30：100～200；将预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水加入到三口烧瓶中，升温到40～60°C，反应1.5～3h，将产物用去离子水洗涤3～5次，离心分离，得到醛基秸秆纤维素；预处理秸秆纤维素、高碘酸钠和去离子水的质量比为10～30：5～10：100～200；将FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和去离子水加入到三口烧瓶中，搅拌均匀，氮气保护30min后升温到50～80°C，然后滴加质量浓度为25～30%的氨水溶液，氨水溶液滴加完毕后氮气保护恒温反应3～6h，降温至室温，去离子水洗涤3～5次，磁铁分离，得到磁性纳米粒子；FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、质量浓度为25～30%的氨水溶液和去离子水的质量比为10～30:5～10：25～60:100～200；将磁性纳米粒子、硅烷偶联...

【专利技术属性】
技术研发人员：万涛，陈巧和，熊静，唐利，廖玲，王艳芬，刘玥莹，李明，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51