一种改性纤维素重金属离子吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性纤维素重金属离子吸附剂及其制备方法，采用离子液体溶解纤维素，然后将纤维素进行醚化反应，再引入还原性基团亚磺酸基，最后将纤维素和海藻酸钠复合，得到一种改性纤维素重金属离子吸附剂；其中溶解纤维素用离子液体中含有天冬氨酸和谷氨酸。本发明专利技术吸附剂兼具对重金属离子进行离子交换和还原的功能，因而对重金属离子去除率高；且制备工艺简单，无毒化，生产成本低，在重金属离子吸附方面具有良好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种改性纤维素重金属离子吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及污水处理
，尤其是涉及一种改性纤维素重金属离子吸附剂及其制备方法。技术背景随着中国工业化的不断加速，涉及重金属排放的行业越来越多，包括矿山开采、金属冶炼、化工、印染、皮革、农药、饲料等，再加上一些污染企业的违法开采、超标排污等问题突出，使重金属污染事件出现高发态势。工业废水的不合理排放造成的水体污染一直都是一个严重的环境问题，重金属离子在低浓度时即有很高的毒性，能在生物有机体中累积，引起一系列失调和疾病。因此，从工业废水中分离移除重金属离子对于环境保护和人类健康有着至关重要的作用。目前，用于重金属处理的方法主要有化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法等。化学沉淀法主要使用石灰石类碱性物质，使重金属离子产生沉淀分离出来，但从水体分离出来的重金属离子又沉淀到河底的淤泥中，依然对环境和生物体造成危害；活性炭吸附法和离子交换法可以很好的从水体中分离出重金属，但其成本太高，应用也受到限制。近年来，利用天然高分子材料作为重金属吸附剂分离重金属受到越来越多研究人员的关注，其中资源丰富、价廉、易得的天然纤维素为基体的吸附材料备受关注。纤维素分子中含有大量的极性基团—羟基，且天然纤维素纤维具有比表面积大、多微孔结构，具有很好的重金属吸附潜力。改性纤维素重金属吸附剂即通过碱化活化、氧化、交联和接枝共聚中的一种或多种反应对纤维素进行改性，而得到的具有丰富氨基官能团的、可用于水体重金属吸附的改性纤维素。通过对纤维素大分子中羟基的改性，引入具有良好重金属吸附性能的官能团，使其具有更高的重金属吸附能力。还原吸附是利用吸附剂中的还原性基团，对氧化性物质进行还原并吸附。亚磺酸基是一种强还原性基团，具有较好的还原性，对部分具有氧化性的重金属离子，如Cr6+，As5+，Pt2+及三氯乙酸，氯仿，四氯乙烯等氧化性物质，有较好的去除作用。Nakagawa等用二氧化硫脲还原硝基苯，得到几乎定量的苯胺。同时，二氧化硫脲还可将醛、酮等羰基化合物还原为相应的醇，将硫化物还原为硫醇或硫醚。现有技术如授权公告号为CN102500339B的中国专利技术专利，公开了一种含亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法，采用离子液体溶解纤维素，然后通过接枝共聚反应，并引入还原性基团，制备出粒径为4.5-5.2mm、比表面积为180-780m2/g的还原性球形纤维素吸附剂。本专利技术的制备工艺简单，无毒化。产品具有较好的还原吸附性抗生物降解能力，且纤维素材料来源广泛，价格低廉，因此能够在重金属离子的吸附和饮用水氯消毒副产物的去除方面产生较好的经济效益和环境效益。然而，该方法制备的吸附剂对重金属离子的离子交换作用较弱因而吸附容量小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性纤维素重金属离子吸附剂及其制备方法；该吸附剂兼具对重金属离子进行离子交换和还原的功能，因而对重金属离子去除率高；该吸附剂制备工艺简单，无毒化，生产成本低。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，采用离子液体溶解纤维素，对纤维素依次进行醚化反应、还原反应，最后将纤维素和海藻酸钠复合，即得改性纤维素吸附剂。具体包括以下步骤：S1将纸浆纤维或棉纤维溶解于90-120℃的离子液体中，形成质量分数为1-7.5％的纤维素-离子液体溶液；将上述溶液降温至70-90℃，依次加入氨水、环氧氯丙烷和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，过滤，滤饼分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，得到阳离子改性纤维素；原料及其重量份数是：纸浆纤维或棉纤维：1.3-6.0份；离子液体：55.5-75.0份；氨水：3.2-18.0份；环氧氯丙烷：0.3-1.0份；十六烷基三甲基溴化铵：0.01-0.03份；与传统的纤维素溶剂相比，离子液体具有低挥发性、可回收利用、热性质稳定的优点，避免了有机溶剂所造成的污染，并且离子液体是纤维素非衍生化溶剂，纤维素无须活化就可与其直接混合溶解，不仅提高了反应速率，而且可以控制衍生物的取代度以及功能基团的分布，对于生产均一的高取代度纤维素衍生物具有重要意义；S2在配有搅拌，内设恒温系统的反应器中，加入亚磺酸基化合物、醛、酸催化剂和蒸馏水，在20-50℃条件下反应1-3h，加入步骤S1的阳离子改性纤维素，在40-70℃条件下反应1-4h，降至常温，取出，水洗并晾干，即得含亚磺酸基的还原性纤维素；原料及其重量份数是：阳离子改性纤维素：0.6-6.5份；亚磺酸基化合物：3.0-19.5份；醛：3.0-23.0份；酸催化剂：0.4-6.0份；蒸馏水：45.0-93.0份；亚磺酸基是一种强还原性基团，具有较好的还原性，对部分具有氧化性的重金属离子，如Cr6+，As5+，Pt2+及三氯乙酸，氯仿，四氯乙烯等氧化性物质，有较好的去除作用；S3将经过醚化、还原改性的纤维素、海藻酸钠、脯氨酸和二氧化钛以1:0.9-1.1:0.5-0.8:0.1-0.4的质量比加入到相当于纤维素10-12倍重量份的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化盐中，通氮气，90-100℃搅拌，冷却至50-60℃，得到混合液，吸取混合液逐滴滴入去离子水中，抽滤，洗涤，干燥，得到改性纤维素重金属离子吸附剂；脯氨酸和二氧化钛具有协同作用，能够增加纤维素表面疏水基，使得吸附剂在吸附了重金属离子之后易于从水体中分离而不造成二次污染，同时能够改善纤维素表面孔道结构，使得纤维素表面功能化基团对重金属离子进行离子交换或还原的同时，纤维素孔道可对其他大分子污染物进行吸附，充分提高了吸附剂对污水净化的效率；另一方面，能够增强纤维素的稳定性、机械强度，有利于延长其使用寿命，降低工业化成本。作为优选，纸浆纤维是竹子、蔗渣、稻草、麦草、皇竹草、芨芨草、曲柳、柞木、杨木、芦苇、桉木、桦木或马尾松的碱法或硫酸盐法制浆并经过化学或生物漂白后的纸浆；棉纤维是棉短绒或脱脂棉。作为优选，步骤S1中离子液体为[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[EMIM]Cl、[HeMIM]Cl、BPC、BDTAC中的一种。作为优选，步骤S1中离子液体中含有质量分数为1.5-3.0％的天冬氨酸和2.0-4.5％的谷氨酸，天冬氨酸和谷氨酸的特殊存在，其一能够弱化纤维素分子内和分子间氢键，降低纤维素分子链稳定性从而降低纤维素的结晶度，有利于离子液体在纤维素中的渗透和扩散，提高离子液体对纤维素的溶解度，进而提高反应速率；其二能够使纤维素表面更多的羟基暴露，从而增加功能化试剂与羟基反应的密度，同时能够增加纤维素表面阴离子基团，既有利于后续纤维素表面的醚化反应，又能够保留一部分负电荷，使得纤维素具有两性，丰富了纤维素表面的功能化基团，可大大提高纤维素对重金属离子的吸附容量。作为优选，亚磺酸基化合物为二氧化硫脲、对甲苯亚磺酸钠、连二亚硫酸钠、苯亚磺酸钠、甲醛次硫酸氢钠中的一种。作为优选，醛为甲醛、甲基壬基乙醛、戊二醛、乙醛、辛醛、乙二醛、己醛中的一种。作为优选，酸催化剂为硫酸、盐酸、硝酸、乙酸、磷酸、乙二酸、丙烯酸中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术以纤维素为载体制备吸附剂，其原料来源广泛、价格低廉、环境友好，且制备方法简单、反应条件温和，设备要求低，便于规模化生产；2)本专利技术采用离子液体溶解纤维素，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，采用离子液体溶解纤维素，对纤维素依次进行醚化反应、还原反应，最后将纤维素和海藻酸钠复合，即得改性纤维素吸附剂，其特征在于：所述离子液体中含有天冬氨酸和谷氨酸。

【技术特征摘要】
1.一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，采用离子液体溶解纤维素，对纤维素依次进行醚化反应、还原反应，最后将纤维素和海藻酸钠复合，即得改性纤维素吸附剂，其特征在于：所述离子液体中含有天冬氨酸和谷氨酸。2.根据权利要求1所述的一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述对纤维素进行醚化反应步骤为：将纸浆纤维或棉纤维溶解于90-120℃的离子液体中，形成质量分数为1-7.5％的纤维素-离子液体溶液；将溶液降温至70-90℃，依次加入氨水、环氧氯丙烷和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，过滤，滤饼分别采用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥，得到阳离子改性纤维素。3.根据权利要求1所述的一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述参与醚化反应的原料及其重量份数是：纸浆纤维或棉纤维：1.3-6.0份；离子液体：55.5-75.0份；氨水：3.2-18.0份；环氧氯丙烷：0.3-1.0份；十六烷基三甲基溴化铵：0.01-0.03份。4.根据权利要求1所述的一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述离子液体为[BMIM]Cl、[AMIM]Cl、[EMIM]Cl、[HeMIM]Cl、BPC、BDTAC中的一种。5.根据权利要求1所述的一种改性纤维素重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述离子液体中含...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘钕，
申请(专利权)人：潘钕，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15