一种改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法，具体是将玉米秸秆经过风干处理后取秸穰，剪切，采用氢氧化钠水溶液对剪切后秸穰进行抽提处理，抽提后的秸穰采用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥后，加入丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵的氢氧化钠水溶液、4

【技术实现步骤摘要】
一种改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种利用农业固体废弃物玉米秸穰为模板接枝共聚丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵和4
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氯
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羟基丁烷磺酸钠，获得改性玉米秸穰复合滤柱，并用于同时处理有机染料、磷酸盐及重金属离子。

技术介绍

[0002]随着当今工业的迅速发展，水污染问题已经严重影响到了人们的日常生活，与此同时全球淡水资源也面临着很大的危机，因此，如何高效环保的处理来自不同领域的工业废水这一重大问题亟待解决。传统工业废水中含有大量的有机染料，具有色度重，毒性大，在自然界稳定存在，且难以降解等特点，有机染料在水体中的过度聚积会妨碍阳光照射，不仅会影响水体的生态环境，还会引起人类的多种疾病。但是大部分工业废水经过一级处理后，并不能有效地去除废水中的染料成分。在造纸、纺织、印刷和染整等传统工业排放的废水中不仅含有大量有机染料，也包含许多致癌且不可生物降解的 Cr、Cu、Fe等重金属离子，未经处理直接排放会加剧我国的环境污染问题，这些重金属离子也会通过食物链进入人体，对人民生命健康造成极大的危害。重金属离子在水中具有良好的溶解性与稳定性，而在生态系统中具有高毒性、不可降解性、生物富集性等特点。除此之外，工业和生活废水中还有大量的磷酸盐存在，与前两者相比，磷酸盐在水中的相对毒害性较低，主要存在形式为：H3PO4、H2PO4‑
、HPO
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、PO
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等，但高浓度的磷酸盐会导致水体富营养化，损害水质，降低水中的氧气含量，进一步破坏生态环境。目前处理废水中有机染料、重金属离子、磷酸盐的的主要方法包括化学法、生物法、膜分离法和吸附法等。在多种处理方法中，吸附法因其具有较高的灵活性以及高效性、且操作简便等特点而受到广泛关注。
[0003]据统计，目前常用的水污染处理材料有活性炭、膨润土、硅藻土、地质聚合物、粉煤灰、树脂等，但它们普遍存在价格昂贵、循环使用性差、处理污染物种类单一等问题，因此一种绿色且低成本的多功能吸附剂仍是工业废水处理领域所迫切需要的。同时，研究表明材料的孔隙结构越丰富，比表面积越大，其对离子污染物的吸附性能也越强。天然高分子纤维素作为当今最主要的可再生生物质资源，因其独特的生长过程而具有天然的三维空间结构，茎秆中许多排列有序的垂直细胞通道（运输或存储离子、水和其他营养物质等用途），使该天然材料具备天然的多孔结构，且来源广泛、绿色环保，正好满足对多功能吸附剂载体的要求，但是仅靠纤维素表面的活性羟基很难达到令人满意的吸附效果。在全球资源与能源危机背景下，以天然高分子纤维素为原料，经各种化学反应制备新型生物质复合滤膜与吸附材料用以去除废水中重金属离子、微生物、有机物染料、油污等污染物，对生态保护、资源回收与再利用有着重大且积极的意义。
[0004]玉米秸秆（CS）被认为是世界上最丰富的农业废弃物之一，其作为一种自然界中的可再生生物质资源在此领域尚未被广泛应用。CS具有其独特的原生结构，主要分为玉米秸穰（CSP）和秸皮两部分。与秸皮不同，CSP主要由薄壁细胞和导管细胞构成，具有较大的比表面积，疏松结构和较高的反应可及度，其表面丰富的活性羟基为接枝共聚功能性官能团提
供了良好条件，使之成为一种理想的绿色功能载体材料。同时CSP具有较为稳定的三维迷宫型空间结构，可以有效增强水体中污染物在其内部的停留时间，因此可以利用其多个特性制备出多功能复合材料用于水体净化。

技术实现思路

[0005]以生物质为高分子基材综合处理工业/生活废水中有机及无机污染物的高效开发目前还存在着较大空白，并且对于玉米秸穰功能性改性的研究以及工业化利用尚不完善。因此，如何使功能滤材在水中保证稳定形态、有较为良好的水透过性，可完全生物降解，绿色环保，且能有效吸附有机染料、重金属离子、磷酸盐的产业利用及深度开发是目前的研究热点。本专利技术提供了一种玉米秸穰接枝丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵和4
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氯
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羟基丁烷磺酸钠能同时有效吸附有机染料、重金属离子、磷酸盐的复合滤柱的制备方法，该方法以资源丰富但开发深度较低的玉米秸穰为原料，经过加工成型和碱水抽提，同时用酰胺化反应和霍夫曼消除反应制得丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵，将丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵以及4
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氯
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羟基丁烷磺酸钠两种功能单体在碱处理的玉米秸穰内部进行醚化修饰，最终得到改性玉米秸穰复合滤柱，拓展了玉米秸穰的应用领域，对其附加价值的提升也存在较为明显的推进作用。
[0006]实现本专利技术采取的工艺方案如下：（1）玉米秸秆经清水洗净、风干后去皮，秸穰的含水率控制在3~25%的范围内，挑选结构完整、无裂痕，且直径在10~15mm的秸穰，切割成长2~4cm的柱体；（2）在0.06~0.14g秸穰中添加质量浓度1%~10%的氢氧化钠水溶液10~100mL，放入索式抽提器中，进行抽提处理，使混合液沸腾速率为每小时在索式抽提器中的循环不少于3次，反复抽提10~36h，抽提后的秸穰采用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥；（3）将6~18g N, N
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二甲基
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1,4
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丁二胺、6~18mL去离子水、33~100mL 2mol/L碳酸钾、18~54mL冰乙醚依次加入到冰水浴下的三颈烧瓶中，然后滴加由5~15g丙烯酰氯和24~72mL冰乙醚（0~4℃）组成的混合溶液，然后在20~30℃、氮气条件下反应3~5h，反应产物添加乙醚洗涤，收集下层水相，洗涤3~4次，干燥，干燥物加水溶解后加入过量碘甲烷、2mol/L碳酸钾水溶液100~200mL在100~130℃反应10~18h，在反应产物中添加甲醇
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乙醇混合溶液洗涤，抽滤，洗涤2~3次，滤液干燥后与质量浓度1~10%的氢氧化钠水溶液混合制得浓度0. 6~4.0mmol/L的丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵的氢氧化钠水溶液；甲醇
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乙醇混合溶液是甲醇和乙醇按体积比4:1的比例混合制得；4
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羟基丁烷磺酸钠的氢氧化钠水溶液是将4
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氯
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羟基丁烷磺酸钠与质量浓度1~10%的氢氧化钠水溶液混合制得浓度0.6~ 4.0mmol/L的溶液；（4）在步骤（2）冷冻干燥的秸穰0.06~0.14g中添加0.5mL的丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵的氢氧化钠水溶液，而后添加0.5mL 4
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氯
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羟基丁烷磺酸钠的氢氧化钠水溶液，在60~80 ℃下反应3~5h进行改性，改性结束后，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥即得改性玉米秸穰复合滤柱CSPC
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co
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PABTAC/PSCHB。
[0007]本专利技术另一目的是将上述方法制得的改性玉米秸穰复合滤柱应用在同时处理有机染料、磷酸盐及重金属离子中。
[0008]本专利技术的有益效果是：以农业废弃物玉米秸穰作为载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法，其特征在于：玉米秸秆经过风干处理后取秸穰，剪切，采用氢氧化钠水溶液对剪切后秸穰进行抽提处理，抽提后的秸穰采用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥后，加入丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵的氢氧化钠水溶液、4
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羟基丁烷磺酸钠的氢氧化钠水溶液进行改性，改性结束后，用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥即得改性玉米秸穰复合滤柱。2.根据权利要求1所述的改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法，其特征在于：在0.06~0.14g秸穰中添加质量浓度1%~10%的氢氧化钠水溶液10~100mL，放入索式抽提器中，进行抽提处理，使混合液沸腾速率为每小时在索式抽提器中的循环不少于3次，反复抽提10~36h。3.根据权利要求1所述的改性玉米秸穰复合滤柱的制备方法，其特征在于：丙烯酰胺丁基三甲基氯化铵的氢氧化钠水溶液是将6~18g N, N
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二甲基
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丁二胺、6~18mL去离子水、33~100mL 2mol/L碳酸钾、18~54mL冰乙醚依次加入到冰水浴下的三颈烧瓶中，然后滴加由5~15g丙烯酰氯和24~72 mL冰乙醚组成的混合溶液，然后在20~30℃、氮气条件下反应3~5h，反应产物添加乙醚洗涤，收集下层水相干燥，干燥物加水溶解后加入过量碘甲烷、2mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，吴雪，张恒，李佳祺，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：