本发明专利技术属于水处理材料技术领域，公开一种脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料、制备方法及应用，其制备步骤如下：风干秸秆经蒸馏水洗涤、干燥和粉碎后进行筛分，在60℃下干燥24 h，密封袋包装，储藏在玻璃干燥器中；取制得的秸秆，加入质量百分数为10%的NaOH溶液于室温下进行碱化预处理2 h，得处理液，脱水；然后向秸秆样品中加入环氧氯丙烷；缓慢加入乙二胺，得乙二胺处理后秸秆；加入体积分数30%的三甲胺溶液在90℃下反应3 h；产物用氢氧化钠和盐酸调至中性，用乙醇、去离子水洗涤，并于60℃烘箱中烘干，得到季胺改性秸秆材料。本发明专利技术以NaOH和乙二胺为主要试剂，减少高毒试剂的使用，降低季胺改性秸秆制备成本。低季胺改性秸秆制备成本。低季胺改性秸秆制备成本。
【技术实现步骤摘要】
脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料、制备方法及应用
[0001]本专利技术属于水处理材料
，尤其是一种脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料、制备方法及应用。
技术介绍
[0002]水体NO3‑
污染普遍存在，据调查，印度诸多地区水体中NO3‑
含量很高，其中Dharampuram, Tamil Nadu最高可达415 mg/L，罗马尼亚Mehedin
ț
i County部分地区地下水体中NO3‑
超过350mg/L，中国牡丹江水体NO3‑
浓度也达到105 mg/L。过量的NO3‑
不仅会引起水体富营养化，还会通过富集作用进入人体造成诸多健康问题，如呼吸困难、头痛、甲状腺肥大、胃癌、多发性硬化症和高铁血红蛋白症等，因此，世界卫生组织严格限定饮用水NO3‑
浓度不超过50 mg/L，而中国规定不超过44 mg/L。
[0003]水体NO3‑
的脱除对于改善生态环境和人体健康具有重要的意义。目前已有的脱除方法主要有化学法、膜分离法、生物脱氮法和吸附法，吸附法由于氮素脱除效率高、环境影响小、易于回收等优点，成为高效和最具潜力的脱除方法，如成本低廉、可再生的秸秆就是研究热点。据统计全球每年约产生70亿吨秸秆，仅中国产量就占世界总量的10%，储量丰富的农业秸秆因其纤维素、木质素和半纤维素中含有大量的羟基，有利于通过化学改性方法脱除NO3‑
。
[0004]秸秆通过改性引入阳离子基团是脱除阴离子的通常做法。Orlando等使用N,N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）作为反应溶剂，以吡啶作为弱碱催化剂来增大环氧氯丙烷活性，将稻壳和甘蔗渣与环氧氯丙烷交联，而后接枝胺基制备出阴离子吸附剂，结果表明这种材料的理论吸附性能可与商用离子交换树脂相媲美。此后，Wang等、Xu等和Fan等众多学者也应用DMF和吡啶作为有机溶剂和催化剂，以二甲胺或三乙胺为胺化试剂制备阴离子吸附剂。可以发现，改性过程中普遍使用DMF与吡啶等毒性大、成本高的有机试剂，如GSK溶剂可持续性指南指出DMF与吡啶对环境和人类健康产生极大的危害，被列为需要被替代的试剂，因此探索其替代试剂和方法是重要趋势。
[0005]另外，Sui等人用NaOH预处理秸秆后，再采用挤压过滤的方法进行脱水，但是最终产物对硝态氮的吸附量极低。因此，改进制备过程中的脱水方式也尤为重要。
[0006]通过检索，发现如下两篇与本专利技术专利申请相关的专利公开文献：1、一种酶改性秸秆纸浆的制备方法（CN106012636A），该方法适合于玉米、小麦、水稻、青蒿、黄花蒿等草本植物及农作物秸秆，原料价格低廉，使用酶水解的方法，对纸浆纤维进行表面改性，去除纸浆纤维中的胶质、木聚糖和半纤维素组分，提高结晶纤维素的含量，从而提高复合材料的机械强度。
[0007]2、一种微波辅助快速预处理及改性秸秆制备吸附材料的方法（CN110420625A），包括如下步骤，步骤1：先清洗水稻秸秆，烘干至恒重后，烘箱温度为60～100℃，烘干时间为4～12h；步骤2：将烘干后的秸秆加工至长度均匀的小段，并置于干燥器内备用；步骤3：取用小段浸渍在装有碱液的烧瓶中，碱液质量浓度为1～30％，将烧瓶置于微波合成仪进行反
应，设置微波辐照温度和时间；步骤4：反应结束后，取出材料，水洗至中性后，二次烘干至恒重。本专利技术采用微波辅助技术对秸秆进行快速预处理以去除非纤维素成分，充分利用了微波的非热效应、穿透力强和加热均匀等优点，操作简便，大大缩短了预处理时间，具有重要的生态、经济意义。
[0008]通过对比，本专利技术专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
技术实现思路
[0009]本专利技术目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料、制备方法及应用。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其制备步骤如下：（1）风干秸秆经蒸馏水洗涤、干燥和粉碎后进行筛分，选取粒径为0.2~0.9 mm（即20~80目）的秸秆在50
‑
60 ℃下干燥24 h，密封袋包装，储藏在玻璃干燥器中；（2）取步骤（1）制得的秸秆，加入质量百分数为10%的NaOH溶液于室温下进行碱化预处理2 h，脱水；然后向秸秆样品中加入环氧氯丙烷，于90 ℃下搅拌1 h.；缓慢加入乙二胺，反应时间为40.00~70.00 min，反应温度为85.00~95.00 ℃；加入体积分数30%的三甲胺溶液在90 ℃下反应3 h；其中，所述步骤（1）制得的秸秆：NaOH溶液：环氧氯丙烷：乙二胺：三甲胺溶液的比例 g：mL：mL：mL：mL为2.0：30 ：30：3.80~4.52：20；（3）步骤（2）最终得到的产物用氢氧化钠和盐酸调至中性，用乙醇、去离子水洗涤，并于60 ℃烘箱中烘干，得到高效脱除水体NO3‑
的季胺改性秸秆材料。
[0011]进一步地，所述步骤（2）中乙二胺的反应时间为54.0 min，反应温度为89.5 ℃；或者，所述步骤（1）制得的秸秆：NaOH溶液：环氧氯丙烷：乙二胺：三甲胺溶液的比例 g：mL：mL：mL：mL为2.0：30 ：30：4.2：20。
[0012]进一步地，所述步骤（2）中通过挤压过滤或真空冷冻干燥法进行脱水；当通过真空冷冻干燥法进行脱水时，使秸秆的含水率达到15%
‑
25%；然后再采用熏蒸处理的方式将异丙醇与脱水后秸秆样品混合（如秸秆样品与异丙醇的比例g：mL为2：1.8
‑
2），使秸秆含水/异丙醇率在90%
‑
100%。
[0013]进一步地，所述季胺改性秸秆材料中Cl的质量百分比含量为12.19%。
[0014]进一步地，所述季胺改性秸秆材料的FTIR谱图中在1470 cm
‑1附近出现新的吸收峰，在3400 cm
‑1、2920 cm
‑1、800 cm
‑1附近也出现吸收峰；或者，所述季胺改性秸秆材料的XPS全谱中在结合能为197 eV处出现新的峰值，在结合能为284.8 eV处出现最强峰，在结合能为286.4 eV处出现峰，在结合能为287.5 eV处出现弱峰，在结合能为399.3 eV和402.4 eV处出现吸收峰。
[0015]进一步地，所述季胺改性秸秆材料的在结合能为284.8 eV处附近的峰比例从64.84%下降至46.87%，而在结合能为286.4 eV处附近的峰增加了28.87%。
[0016]进一步地，所述季胺改性秸秆材料的Zeta电位上升至37.1 mV，其pH
PZC
为7.66；或者，所述季胺改性秸秆材料对NO3‑
的最大吸附容量为87.53 mg
·
g
‑1。
[0017]进一步地，所述季胺改性秸秆材料对NO3‑
进行吸附时，季胺改性秸秆材料在pH为3~
11范围内吸附量保持在63.86本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其特征在于：其制备步骤如下：（1）风干秸秆经蒸馏水洗涤、干燥和粉碎后进行筛分，选取粒径为0.2~0.9 mm的秸秆在50
‑
60 ℃下干燥24 h，密封袋包装，储藏在玻璃干燥器中；（2）取步骤（1）制得的秸秆，加入质量百分数为10%的NaOH溶液于室温下进行碱化预处理2 h，脱水；然后向秸秆样品中加入环氧氯丙烷，于90 ℃下搅拌1 h；缓慢加入乙二胺，反应时间为40.00~70.00 min，反应温度为85.00~95.00 ℃；加入体积分数30%的三甲胺溶液在90 ℃下反应3 h；其中，所述步骤（1）制得的秸秆：NaOH溶液：环氧氯丙烷：乙二胺：三甲胺溶液的比例 g：mL：mL：mL：mL为2.0：30 ：30：3.80~4.52：20；（3）步骤（2）最终得到的产物用氢氧化钠和盐酸调至中性，用乙醇、去离子水洗涤，并于60 ℃烘箱中烘干，得到脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料。2.根据权利要求1所述的脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其特征在于：步骤（2）中乙二胺的反应时间为54.0 min，反应温度为89.5 ℃；或者，步骤（1）制得的秸秆：NaOH溶液：环氧氯丙烷：乙二胺：三甲胺溶液的比例 g：mL：mL：mL：mL为2.0：30 ：30：4.2：20。3.根据权利要求1所述的脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其特征在于：步骤（2）中通过挤压过滤或真空冷冻干燥法进行脱水；当通过真空冷冻干燥法进行脱水时，使秸秆的含水率达到15%
‑
25%；然后再采用熏蒸处理的方式将异丙醇与脱水后秸秆样品混合，使秸秆含水/异丙醇率在90%
‑
100%。4.根据权利要求1所述的脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其特征在于：所述季胺改性秸秆材料中Cl的质量百分比含量为12.19%。5.根据权利要求1至4任一项所述的脱除水体硝酸根的季胺改性秸秆材料，其特征在于：所述季胺改性秸秆材料的FTIR谱图中在1470 cm
‑1附近出现新的吸收峰，在3400 cm
‑1、2920 cm
‑1、800 cm
‑1附近也出现吸收峰；或者，所述季胺改性秸秆材料的XPS全谱中在结合能为197 eV处出现新的峰值，在结合...
【专利技术属性】
技术研发人员：王风，张理胜，张克强，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。