一种秸秆/锂皂石复合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秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂的制备方法，采用超声预处理秸秆，然后对其进行丙烯酸的接枝改性，最后将丙烯酸改性秸秆、锂皂石和功能性单体进行接枝共聚，制备具有无机‑有机双网络结构、多层级交联点和多种重金属离子吸附基团的秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂，对于初始浓度为50～600mg/L重金属离子水溶液，秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂重金属离子吸附容量达到30～500mg/g，60～100min达到吸附平衡，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。

A preparation method of straw / laponite composite adsorbent for heavy metals

The invention relates to a preparation method of a straw / laponite composite adsorbent for heavy metals, by ultrasonic pretreatment, then carries on the modification of acrylic acid grafting, the acrylic modified straw, hectorite and functional monomer, graft copolymer, preparation of inorganic organic double network structure, multilayer grade point and crosslinked adsorption of heavy metal ions group straw / composite adsorbent of heavy metal ions of hectorite, for the initial concentration of 50 ~ 600mg/L heavy metal ions in aqueous solution, straw / laponite compound heavy metal ion adsorbent for heavy metal ions adsorption capacity reached 30 ~ 500mg/g, 60 ~ 100min to reach adsorption equilibrium can be widely applied in the adsorption of heavy metal ions separation and heavy metals pollution control.

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂的制备方法一、
本专利技术涉及一种秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂的制备方法，本专利技术制备的秸秆/锂皂石复合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。高吸水树脂是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型功能高分子材料，含有大量的羟基、羧基、磺酸基和酰胺基，这些基团对重金属离子有很强的螯合作用。因此，高吸水性树脂不仅可以用作吸水保水材料，还可以用作金属离子的螯合剂，对重金属离子进行富集、分离和回收。Pourjavadi等制备的卡拉胶/聚丙烯酸钠高吸水树脂对硝酸铜溶液的吸附容量达1.27mmol/g，醋酸铜溶液的吸附容量达14.8mmol/g，醋酸钴溶液的吸附容量达14.7mmol/g，Patel等采用微波辅助聚合制备的阳离子高吸水树脂对Ni2+和Cu2+的吸附容量分别高达688.58and376.62mg/g，Roy等采用PEGDA为交联剂、氧化还原低温聚合制备了聚丙烯酸高吸水树脂，对Cr6+、Ni2+、Cu2+和Pb2+的吸附容量分别为41.1mg/g、58.2mg/g、43.1mg/g和81.2mg/g，Singh等采用水溶液聚合制备了聚丙烯酸/丙烯酰胺/腐植酸钠高吸水树脂，发现当Cu2+初始浓度为320和1000mg/L，Cu2+吸附容量分别为269mg/L和299mg/L。Bulut等制备的膨润土复合高吸水树脂对Pb2+、Ni2+、Cd2+和Cu2+的吸附容量分别为666.67mg/g、270.27mg/g、416.6mg/g7和222.22mg/g，等制备了淀粉接枝聚丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂，发现pH＝4时对高吸水树脂Cu2+和Pb2+的吸附容量最大，且Cu2+吸附容量高于Pb2+。谢建军等利用水溶液聚合法制得聚丙烯酸吸水树脂对重金属离子有很好的络合性，一元金属离子溶液中平衡吸液倍率为160～190g/g，对单一的Pb2+的吸附容量最高可达187mg/g，平衡吸附量顺序为:Pb2+>Cd2+>Ni2+>Cu2+>Zn2+>Mn2+>Cr3+。。何明等对丙烯酸－丙烯酰胺高吸水性树脂在不同Cd2+浓度下的吸附性能进行了研究，发现吸附容量随Cd2+浓度增加先升高后降低，在Cd2+浓度为2-3mmol/L的范围内吸附容量最高为269.75mg/g。何明等对丙烯酸－丙烯酰胺高吸水性树脂在不同Cd2+浓度下的吸附性能进行了研究，吸附容量随Cd2+浓度增加先升高后降低，在Cd2+浓度为2-3mmol/L的范围内吸附容量最高为269.75mg/g。王品等发现离子浓度越大，丙烯酰胺型高吸水树脂对Cd2+、Cu2+和Ni2+的吸附量也越大，最大吸附量分别达到1.66mmol/g、3.42mmol/g和1.31mmol/g。树脂在3种重金属离子的混合溶液中呈现一定的选择性吸附，吸附量大小依次为Cu2+>Cd2+>Ni2+。3种树脂吸附Cu2+后在1mol/L的HCl溶液中解吸附3min时，解吸附率分别达到98.62％、98.45％和83.87％。谢建军等以自制高岭土/木质素磺酸钠-g-丙烯酸-丙烯酰胺复合高吸水性树脂(KLPAAM)为原料，考察了树脂在重金属离子盐溶液中的吸液性能，发现金属离子溶液浓度、pH值显著影响KLPAAM复合高吸水树脂的吸液性能。余响林等探讨不同基团树脂对重金属离子吸附性能的影响，发现二元树脂对重金属离子吸附效果最好，树脂对单一重金属离子吸附能力的大小顺序为Cd2+>Cu2+>Ni2+>Pb2+，最大吸附容量依次为331.80mg/g、182.82mg/g、165.79mg/g、23.89mg/g，其吸液性能依次为Pb2+>Ni2+>Cu2+>Cd2+。为了降低高吸水树脂的成本以及更好的构建多孔三维网络结构，近年来研究主要由改性后的植物纤维素与各种聚合物单体进行接枝共聚合成复合高吸水树脂，因此秸秆复合高吸水树脂逐渐成为国内外的研究热点。Xie等将小麦秸秆进行碱预处理，然后与丙烯酸和凹凸棒石接枝共聚合成了含氮和硼的高吸水性树脂，并研究了氮和硼的释放特性。冯志鑫等用葵花秸秆髓与丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚得到的高吸水树脂吸蒸馏水的倍率为293倍，吸自来水的倍率为154倍，吸生理盐水的倍率为31倍，谭凤芝等将玉米秸秆预处理后与丙烯酸接枝共聚制备高吸水性树脂，吸水率最高达到291g/g，吸盐水率达到49g/g。王丹等利用麦秸秆、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料，通过接枝共聚合成两性高吸水性树脂，吸蒸馏水达853g/g、吸生理盐水为118g/g。郭焱等将小麦秸秆进行碱蒸煮预处理，与丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚合成农用高吸水性树脂，吸收去离子水达412g/g，吸收w(复混肥)＝0.1％的水溶液达到126g/g。刘维等用麦秸秆和玉米秆与丙烯酸接枝共聚制备高吸水性树脂，其中麦秸秆制备的吸水性树脂的吸水倍率接近200，玉米秆制备的吸水性树脂的吸水倍率接近150。付忠实等将玉米秸秆与丙烯酸及其钠盐进行接枝共聚，初步摸索出了聚合反应的最佳条件，制得了性能较好、价格低廉的产品。万涛等将玉米秸秆预处理后与丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠进行水溶液接枝共聚制备玉米秸秆复合高吸水性树脂，发现当秸秆含量为10％时，秸秆复合高吸水树脂吸水10min吸水率达到平衡吸水率的58％，吸水50min秸秆复合高吸水树脂吸水达到平衡，平衡吸水率近350g/g。万涛等将马来酸酐改性秸秆与丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚制备的秸秆复合高吸水树脂平衡吸水率和平衡吸盐率可分别达到400～1000倍和30～80倍，吸水凝胶的凝胶强度达5～25Pa.s，吸水凝胶80～90℃干燥200min后的保水率为15～40％。秸秆复合高吸水树脂的制备方法主要是先对秸秆进行糊化、无机酸、无机碱或酸酐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种秸秆/锂皂石复合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：将秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎，筛取100～200目秸秆粉末，将秸秆粉末加入到N,N‑二甲基甲酰胺，置于超声波清洗槽超声预处理1～6小时，将超声预处理的秸秆悬浮液转移到三口烧瓶，加入丙烯酸、N,N'‑二环己基碳化二亚胺和4‑二甲氨基吡啶,升温到25～50℃反应2～6h,冷却至室温，过滤，乙醇洗涤3～5次，烘干，粉碎，得到丙烯酸改性秸秆；N,N‑二甲基甲酰胺、秸秆、丙烯酸的质量比为100:5～20:2～10，丙烯酸、N,N'‑二环己基碳化二亚胺和4‑二甲氨基吡啶的摩尔比：1:0.5～1:0.1～0.5；将NaOH溶解于200mL去离子水，冰浴中将丙烯酸缓慢滴加到NaOH水溶液，搅拌反应0.5～2h，得到部分中和丙烯酸水溶液；将丙烯酸改性秸秆、丙烯酰胺、锂皂石和交联剂加入到部分中和丙烯酸水溶液，搅拌均匀，升温至50～60℃，加入氧化还原引发剂，引发聚合反应3～5小时，将产物用无水乙醇洗涤3～5次，80℃烘干，粉碎，得到秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂；丙烯酸和NaOH的摩尔比为1：0.5～0.8；丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为1～5：1～5；交联剂占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的0.1～0.8%；氧化还原引发剂占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的0.1%～2.0%；氧化剂和还原剂的摩尔比为1～2：1；锂皂石占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的5～20%，丙烯酸改性秸秆占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的5～30%；对于初始浓度为50～600mg/L重金属离子水溶液，秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂重金属离子吸附容量达到30～500mg/g，60～100min达到吸附平衡。...

【技术特征摘要】
1.一种秸秆/锂皂石复合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：将秸秆用去离子水洗涤、烘干后粉碎，筛取100～200目秸秆粉末，将秸秆粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺，置于超声波清洗槽超声预处理1～6小时，将超声预处理的秸秆悬浮液转移到三口烧瓶，加入丙烯酸、N,N'-二环己基碳化二亚胺和4-二甲氨基吡啶,升温到25～50℃反应2～6h,冷却至室温，过滤，乙醇洗涤3～5次，烘干，粉碎，得到丙烯酸改性秸秆；N,N-二甲基甲酰胺、秸秆、丙烯酸的质量比为100:5～20:2～10，丙烯酸、N,N'-二环己基碳化二亚胺和4-二甲氨基吡啶的摩尔比：1:0.5～1:0.1～0.5；将NaOH溶解于200mL去离子水，冰浴中将丙烯酸缓慢滴加到NaOH水溶液，搅拌反应0.5～2h，得到部分中和丙烯酸水溶液；将丙烯酸改性秸秆、丙烯酰胺、锂皂石和交联剂加入到部分中和丙烯酸水溶液，搅拌均匀，升温至50～60℃，加入氧化还原引发剂，引发聚合反应3～5小时，将产物用无水乙醇洗涤3～5次，80℃烘干，粉碎，得到秸秆/锂皂石复合重金属离子吸附剂；丙烯酸和NaOH的摩尔比为1：0.5～0.8；丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为1～5：1～5；交联剂占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的0.1～0.8%；氧化还原引发剂占丙烯酸和丙烯酰胺单体质量总量的0.1%～2.0%；氧化剂和还原剂的摩尔比为1～2：1；锂皂石占丙烯酸和丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：万涛，徐敏，程文忠，邹矗张，李蕊香，薛子豪，蔡蒇，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51