一种改性淀粉重金属捕集剂与捕集材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性淀粉重金属捕集剂与捕集材料及其制备方法和应用，以淀粉为基质，使用环氧基团交联活化淀粉，再利用含有一个或多个羧基的亚氨基化合物通过与环氧基的氨化反应，对交联淀粉进行改性，使得改性淀粉具有多个羧基，由于氮原子和羧基中的氧均有未成键电子，可与金属离子的空轨道配合，形成配位键，进而增强对重金属离子的捕集效率。通过以沸石、活性炭等多孔介质为吸附捕集载体，增加吸附表面积的同时，为捕集剂塑型，以避免长时间捕集剂结块，降低对重金属离子的捕集效果。其成本廉价，易于工业化生产，可重复使用，再生成本低，易操作，对重金属离子去除效果好，具有很强的实用性和广泛的适用性。具有很强的实用性和广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种改性淀粉重金属捕集剂与捕集材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种改性淀粉重金属捕集剂，具体涉及一种改性淀粉重金属捕集剂与捕集材料及其制备方法和应用，属于新材料


技术介绍

[0002]重金属本身具有富集性且毒性大，仅靠环境自然净化很难降解，一般水中含有1～100mg/L就会致害；某些重金属在微生物的作用下毒性会被加强；重金属在水中十分稳定，难以被降解，且能够通过食物链在生物体中浓缩富集，然后通过食物链进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康。
[0003]目前已开发应用的废水处理方法主要有三种：第一种是化学方法，通过化学反应除去水中重金属包括化学还原法、中和法、电化学还原法等；第二种是物理方法，即在不改变化学形态的条件下对重金属进行吸附、浓缩、分离，从而达到去除重金属的目的，包括吸附、萃取、离子交换等，第三种是生物处理，即借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物絮凝、生物吸附、植物整治等。化学沉淀法、电解法、液膜分离法等处理方法，针对不同特点的重金属废水，取得了一定的成果，但存在耗能大、成本高、易产生二次污染等缺点，相比之下，吸附技术是处理重金属污染废水更为理想的工业技术，因为吸附技术具有操作简单、经济高效、环境友好等优点。
[0004]吸附法最关键的是选择吸附剂，传统的吸附剂如活性炭和沸石都存在吸附容量偏低、吸附重金属后再生成本高等缺点。因此，有必要探寻吸附性能好且经济易得可重复利用的重金属离子吸附材料。
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技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性淀粉重金属捕集剂及其制备方法和应用。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种改性淀粉重金属捕集剂，为由至少含有一个羧基的氨基化合物或亚氨基化合物与交联淀粉的氨化产物；所述交联淀粉的交联剂为含环氧基团的化合物。
[0008]上述亚氨基化合物包括亚氨基二乙酸、亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸四钠盐；氨基化合物包括氨基乙酸、氨基丁酸。
[0009]上述交联剂包括环氧氯丙烷。
[0010]上述的重金属捕集剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]于淀粉乳液中加入二甲亚砜、环氧氯丙烷，于一定温度下交联反应后冷却、沉淀、洗涤、干燥，制得交联淀粉；
[0012]将交联淀粉混入亚氨基二乙酸的碳酸钠碱性溶液中，于一定温度下氨化反应后冷却、沉淀、洗涤、干燥，制得改性淀粉重金属捕集剂。
[0013]上述交联反应的温度为30
‑
70℃，反应时间为3
‑
6小时，冷却温度为室温，沉淀方式
为滴入无水乙醇并搅拌均匀后静置。
[0014]上述氨化反应的温度为40
‑
65℃，反应时间为3
‑
8小时，冷却温度为室温，沉淀方式为滴入无水乙醇并搅拌均匀后静置，清洗液包括蒸馏水，烘干温度为50
‑
65℃。
[0015]上述淀粉、环氧氯丙烷和亚氨基二乙酸的质量比为(4
‑
6)：(4
‑
5)：(0.4
‑
0.8)。
[0016]一种改性淀粉重金属捕集材料，包括负载于载体上的权利要求1所述的一种改性淀粉重金属捕集剂，所述载体包括沸石、活性炭。
[0017]上述的改性淀粉重金属捕集材料的制备方法，将改性淀粉重金属捕集剂与载体于溶剂中搅拌，洗涤、烘干后制得；
[0018]所述载体的粒度为200目，搅拌5
‑
10小时，烘干温度为40
‑
65℃，载体和淀粉的质量比为(0.5
‑
4)：(4
‑
6)。
[0019]上述的捕集剂或捕集材料，应用于液体环境中去除重金属离子，所述重金属包括铜、铅、锌、镉、锰中的至少一种。
[0020]本专利技术的有益之处在于：
[0021]本专利技术的一种改性淀粉重金属捕集剂，以淀粉为基质，使用环氧基团交联活化淀粉，再利用含有一个或多个羧基的亚氨基化合物通过与环氧基的氨化反应，对交联淀粉进行改性，使得改性淀粉具有氮原子、羟基和羧基，再利用氮原子和羧基中的氧原子有未成键电子，可与金属离子的空轨道配合，形成配位键，进而增强对重金属离子的捕集效率。通过以沸石、活性炭等多孔介质为吸附捕集载体，增加吸附表面积的同时，为捕集剂塑型，以避免长时间捕集剂结块，降低对重金属离子的捕集效果。
[0022]本专利技术的改性淀粉重金属捕集剂和捕集材料，原料来源广泛，产量大，价格低廉，环境友好，具有可生物降解等优点；采用新的合成方法，制备出强捕集能力的化合物，化学性质更稳定不会造成二次污染，且活性官能团数量更多，对重金属离子的捕集效果更好。再生成本低，可重复使用，易于工业化生产，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
[0023]图1为淀粉、交联淀粉(产物A)、IDA
‑
交联淀粉(产物B)的红外表征图。
[0024]图2为产物C的投料量对五种金属离子的去除率的影响。
[0025]图3为吸附时长对五种金属离子的去除率的影响。
[0026]图4为pH值对五种金属离子的去除率的影响。
[0027]图5为多次循环使用的产物C对溶液中五种重金属离子的去除率的影响。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。
[0029]一种改性淀粉重金属捕集剂，为由至少含有一个羧基的氨基化合物或亚氨基化合物与交联淀粉的氨化产物；其中，亚氨基化合物可选如亚氨基二乙酸、亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸四钠盐，氨基化合物可选如氨基乙酸、氨基丁酸；交联淀粉的交联剂为含环氧基团的化合物，优选环氧氯丙烷。
[0030]以亚氨基二乙酸为例，制备方法：
[0031]按质量比，将淀粉与水混合制成淀粉乳液，依次加入二甲亚砜、环氧氯丙烷，30
‑
70
℃的条件下搅拌反应3
‑
6小时，反应结束后冷却至室温，滴入无水乙醇并搅拌均匀，之后静置、抽滤、洗涤，干燥后制得交联淀粉(产物A)。
[0032]反应如下所示：
[0033][0034]洗涤时，可在清洗液中加入适量的硫代硫酸钠溶液(1.4mol/L，2mL)和1
‑
2滴酚酞指示剂，振荡后，溶液不变红，则说明环氧基团已清除完全。
[0035]将产物A置于烧瓶中，按质量比，加入一定量的含亚氨基二乙酸(IDA，1.5mol/L)、碳酸钠(2.0mol/L)和硼氢化钠(0.04mol/L)的溶液，得到悬浮液；将悬浮液置于40
‑
65℃下搅拌反应3
‑
8小时，取出冷却至室温后，在无水乙醇中沉淀，用大量蒸馏水洗涤后得到产物B，用水抽提3
‑
8小时，50
‑
65℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性淀粉重金属捕集剂，其特征在于，为由至少含有一个羧基的氨基化合物或亚氨基化合物与交联淀粉的氨化产物；所述交联淀粉的交联剂为含环氧基团的化合物。2.根据权利要求1所述的改性淀粉重金属捕集剂，其特征在于，所述亚氨基化合物包括亚氨基二乙酸、亚氨基二琥珀酸、亚氨基二琥珀酸四钠盐；氨基化合物包括氨基乙酸、氨基丁酸。3.根据权利要求1所述的改性淀粉重金属捕集剂，其特征在于，所述交联剂包括环氧氯丙烷。4.根据权利要求1所述的改性淀粉重金属捕集剂的制备方法，其特征在，包括：于淀粉乳液中加入二甲亚砜、环氧氯丙烷，于一定温度下交联反应后冷却、沉淀、洗涤、干燥，制得交联淀粉；将交联淀粉混入亚氨基二乙酸的碱性溶液中，于一定温度下氨化反应后冷却、沉淀、洗涤、干燥，制得改性淀粉重金属捕集剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在，所述交联反应的温度为30
‑
70℃，反应时间为3
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6小时，冷却至室温。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在，所述氨化反应的温度为40
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【专利技术属性】
技术研发人员：时磊，沈小明，吕爱娟，刘娇，沈加林，李华玲，许乃岑，
申请(专利权)人：中国地质调查局南京地质调查中心华东地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：