污染水体重金属吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种污染水体重金属吸附材料的制备方法，其原材料为玉米秸秆或稻草秸秆，玉米秸秆或稻草秸秆在４０～９０℃条件下，在浓度为０．００２５～０．０３ｍｏｌ／Ｌ高锰酸钾作为引发剂，０．１～３．０ｍｏｌ／Ｌ丙烯腈作为单体和０．１～３．０％的氮，氮－亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂进行接枝共聚反应，１～２５ｍｍｏｌ／Ｌ硫酸作为催化剂，接枝共聚反应的１～６小时；制备物用乙醇洗涤，抽滤，干燥，得粗产品；粗产品在索氏抽提器内用二甲基酰胺对接枝产物连续抽提４２～４８ｈ，然后用乙醇洗涤，用去离子水洗至ｐＨ值为６．５～７．０，干燥，即得污染水体重金属吸附材料。本发明专利技术的吸附材料对重金属镉离子具备较好的吸附能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于植物化学和吸附科学领域，具体涉及。
技术介绍
工业和矿山废水废渣的大量排放是造成了我国地表水体重金属严重污染的主要原因。镉是其中一种危害较大的重金属，早在1974年联合国环境规划署和国际劳动卫生重金属委员会就将其定为重点污染物。过量的镉一旦进入环境，不能被生物降解，可长期潜伏在环境中并通过食物链进入人体并造成危害。镉在生物体内的半减期为10 30年，是已知最易在体内蓄积的有毒物质。对人群健康危害的特点是低剂量、长期和慢性中毒。很少量进入人体即可对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼以及血液、神经、免疫系统等产生一系列损伤，引起死亡率升高和预期寿命减少，而且镉具有致突变性并被国际癌症研究机构认为是Ia类致癌物。现有很多方法，例如沉淀法、电浮选法、反渗透法以及离子交换树脂法等都可以用来去除工业废水和矿山废水的重金属镉离子，但成本过高。因此利用包括农业废弃物在内的生物材料作为重金属离子的吸附材料成为研究的重点，这种吸附材料不但经济实惠，而且效果显著。近年来，国内外很多科研工作者对农副产品或农业废弃物进行一定的改性，研制出一些不同的吸附剂。比如大豆壳、木屑、锯屑、谷壳、咖啡渣、茶渣、酒糟、稻草杆等改性后制成吸附材料。所有的这些材料中都是由于包含有一些特殊的官能团，这些官能团的存在强化了上述改性材料对重金属的吸附。接枝共聚合是进行改性的重要方法之一。它可以赋予材料以某些新的性能，同时又不至于完全破坏材料固有的特点。材料在自由基引发剂的作用下，在其大分子链上的D-葡萄糖形成自由基，再和吸附性能强的单体进行接枝，使其变成可吸附水体中重金属镉的材料。在我国，农作物的秸秆原料非常丰富，每年可达7亿多吨，其中玉米秸秆和稻草分别占35%、 19%。但是大部分秸秆被用作燃料或在田间被直接烧掉，不但破坏了生态平衡，使土壤肥力衰竭，造成农业上的恶性循环，而且污染环境，还存在火灾隐患。同时，以其作为燃料由于秸秆燃烧热能利用率极低(在10%以下)，对资源也是极大的浪费。能够有效利用改性秸秆吸附重金属镉离子，不仅是综合利用秸秆资源的一种有效途径，也是从源头消除污染的一项措施。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种污染水体重金属吸附材料的制备方法，充分利用玉米秸秆或稻草秸秆，并对其进行接枝共聚反应改性，达到有效去除重金属镉离子的目的，实现玉米秸秆或稻草秸秆资源化利用。污染水体重金属吸附材料的制备方法，其特征在于吸附材料的原材为玉米秸秆或稻草秸秆，制备过程包括以下步骤(1) 玉米秸秆或稻草秸秆洗净，干燥后，粉碎后过5 10目筛；(2) 在装有氮气导入管、电动搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中加入玉米秸秆或稻草秸秆以及超纯水，玉米秸秆或稻草秸秆与超纯水的重量比为1: 10 100;(3) 通入氮气并且升温至40 9(TC，然后加入高锰酸钾作为引发剂，使得其浓度为0.0025 0. 03 mol/L，搅拌预氧化的时间为5 60分钟；(4) 先后加入丙烯腈作为单体、氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂以及浓硫酸作为催化剂进行接枝共聚反应，氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺用量为玉米秸秆或稻草秸秆质量的0.1 3.0%，使得丙烯腈浓度为0.1 3.0 mol/L，硫酸浓度为1 25mmol/L，接枝共聚反应的时间为1 6小时；(5) 然后加入阻聚剂对苯二酚溶液终止反应；(6) 抽滤，然后将制备物用乙醇洗涤，再抽滤、干燥，得粗产品；(7) 粗产品在索氏抽提器内在150 155'C下用二甲基酰胺对接枝产物连续抽提42 48h，抽提完毕后用乙醇洗涤，然后再用去离子水洗至pH值为6.5 7.0，干燥，即得污染水体重金属吸附材料。进一步地，所述乙醇为95%乙醇，即体积浓度为59%的乙醇。进一步地，所述步骤(7)中pH值为6.8 7.0。进一步地，所述的原材为玉米秸秆，步骤(3)中所述的接枝共聚反应预氧化时间为45 60分钟，高锰酸钾浓度为0. 02 0.03mol/L，温度为40 50。C。进一步地，所述丙烯腈的浓度为0.5 1.0mol/L，氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺用量为玉米秸秆质量的1 1.5%，硫酸浓度为5 10mmol/L，接枝共聚反应的时间为1 2小时。进一步地，所述的原材为稻草秸秆，步骤(3)中所述稻草秸秆接枝共聚反应的预氧化时间为5 10分钟，高锰酸钾浓度为0. 02 0.03mol/L，温度为70~80°C。进一步地，步骤(4)中丙烯腈的浓度为1.0 1.5mol/L，氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺用量为稻草秸秆质量的0.5 1.0%，硫酸浓度为1 5 mmol/L，接枝共聚反应的时间为5 6小时。本专利技术方法所制备的吸附材料适用于中性以及酸性的水体环境中，尤其是受矿山废水污染的地表水体中，可处理重金属镉离子浓度在200mg/L以下的污染水体，其中接枝后的玉米秸秆吸附镉离子的去除率可达98%;接枝后的稻草秸秆吸附去除率可达95%以上。而且该吸附材料在酸性(pH值3.0 6.0)矿山废水中对镉离子的去除效果显著，尤其在pH值为6. 0时效果最好,并且投加量较少的情况下也能达到很好的效果。本专利技术充分利用农业废弃物玉米秸秆和稻草秸秆，接枝改性处理后作为污染水体重金属镉的吸附材料，其具备较好的吸附能力，能够取得了较好的吸附效果。附图说明图l是实施例l接枝前玉米秸秆的扫描电镜图(SEM)，倍数为1500倍；图2是实施例1接枝后玉米秸秆的扫描电镜图(SEM)，倍数为1500倍；图3是实施例14接枝前稻草秸秆的扫描电镜图(SEM)，倍数为1500倍；图4是实施例14接枝后稻草秸秆的扫描电镜图(SEM)，倍数为1500倍；图5是实施例1接枝前后玉米秸秆的X射线衍射图(XRD);图6是实施例14接枝前后稻草秸秆的X射线衍射图(XRD);图7是实施例1接枝前后玉米秸秆以及实施例14接枝前后稻草秸秆的红外光谱图(FI-IR);图8是实施例1 13所得的吸附材料吸附镉的去除率比较；图9是实施例14 26所得的吸附材料吸附镉的去除率比较；图10是不同的pH值下，实施例12所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图11是不同的pH值下，实施例18所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图12是不同的镉离子初始浓度下，实施例12所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图13是不同的镉离子初始浓度下，实施例18所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图14是不同的吸附材料投加量下，实施例12所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图15是不同的吸附材料投加量下，实施例18所得的吸附材料对镉的吸附能力比较；图16是丙烯腈接枝玉米秸秆或稻草秸秆共聚反应的自由基形成机理图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。玉米秸秆或稻草秸秆的预处理先除去秸秆上的残叶和残结，用自来水清洗残留上面6的土渣，再用去离子水清洗，晾干，然后粉碎过5 10目筛，得到尺寸为2 4mm的玉米秸秆或稻草秸秆。实施例1将玉米秸秆洗净，干燥后，粉碎后过10目筛；在装有氮气导入管、电动搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中加入玉米秸秆以及超纯水，玉米秸秆与超纯水的重量比为1: 100;通入氮气并且升温至9(TC，然后加入高锰酸钾作为引发剂，使得其浓度为0.0025 mol/L，搅拌预氧化的时间为5分钟；先后加入丙烯腈作为单体、氮，氮-亚甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
污染水体重金属吸附材料的制备方法，其特征在于吸附材料的原材为玉米秸秆或稻草秸秆，制备过程包括以下步骤：　（１）玉米秸秆或稻草秸秆洗净，干燥后，粉碎后过５～１０目筛；　（２）在装有氮气导入管、电动搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中加入玉米 秸秆或稻草秸秆以及超纯水，玉米秸秆或稻草秸秆与超纯水的重量比为：１∶１０～１００；　（３）通入氮气并且升温至４０～９０℃，然后加入高锰酸钾作为引发剂，使得其浓度为０．００２５～０．０３ｍｏｌ／Ｌ，搅拌预氧化的时间为５～６０分钟；　 　（４）先后加入丙烯腈作为单体、氮，氮－亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂以及浓硫酸作为催化剂进行接枝共聚反应，氮，氮－亚甲基双丙烯酰胺用量为玉米秸秆或稻草秸秆质量的０．１～３．０％，使得丙烯腈浓度为０．１～３．０ｍｏｌ／Ｌ，硫酸浓度为１～２５ｍｍｏｌ／Ｌ，接枝共聚反应的时间为１～６小时；　（５）然后加入阻聚剂对苯二酚溶液终止反应；　（６）抽滤，然后将制备物用乙醇洗涤，再抽滤、干燥，得粗产品；　（７）粗产品在索氏抽提器内在１５０～１５５℃下用二甲基酰胺对接枝产物连续 抽提４２～４８ｈ，抽提完毕后用乙醇洗涤，然后再用去离子水洗至ｐＨ值为６．５～７．０，干燥，即得污染水体重金属吸附材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：党志，郑刘春，易筱筠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]