利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂及其制备方法，阴离子交换剂的外观为褐色或红棕色的粉末状固体，Ｚｅｔａ电位为１０ｍｖ～４０ｍｖ，含氮量为２．０％～６．０％，水溶液ｐＨ值为４～６；是采用发酵秸秆、环氧氯丙烷和三乙胺或二甲胺为原料，以酰胺为交联剂制备而成。本发明专利技术以发酵秸秆、环氧氯丙烷和三乙胺或二甲胺为原料、以酰胺作为交联剂制备阴离子交换剂，具有生产工艺简单、生产效率高、经济等特点，可适用大规模生产。制备的阴离子交换剂具有二次污染少、产品稳定性好、吸附效果好、适用范围广、成本低廉、可大规模生产及应用等优点。此阴离子交换剂可广泛应用于废污水的治理，并具有较好的处理效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂以及该阴离子交换剂的制备方法，属于环境与化学

技术介绍
农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤维素含量约为 30-50 % 。纤维素上拥有较多的羟基基团，而羟基基团是可以应用于聚合或縮聚等合成反应 的活性基团，因此纤维素可以广泛应用于各种有机产品的合成。但是农作物秸秆中的纤维 素、半纤维素与木质素紧密结合、相互缠绕构成结构牢固的粗纤维，只能吸水润胀，不容易 参与合成反应。 提高秸秆的利用率，关键是降解木质素，保留纤维素。在发酵过程中，微生物大量 生长繁殖，分泌出各种酶。这些酶通过降解多糖和木质素，一方面破坏了秸秆难消化的细 胞壁结构，使与木质素交联在一起的纤维素和半纤维素游离出来；另一方面纤维素酶和半 纤维素酶又进一步将纤维素和半纤维素等高分子化合物降解简单的糖类物质(葡萄糖，木 糖，甘露糖，多糖等)，这些可利用的碳水化合物增加了与有机反应物接触的机会，从而极大 提高了合成反应的效率。 20世纪90年代开始，国外已经认识到利用农作物秸秆开展离子交换剂合成工作 的重要性，目前已有一些农作物秸秆被制备成离子交换剂。关于农作物秸秆阴离子交换 剂的研究报道可参见《西北农业学报》2007， 16 (1) :26 29发表的《稻壳制活性炭及其 对污水中铬的吸附能力研究》以及《Chemosphere》(臭氧层)48(2002) 1041-1046发表的 《Pr印a:ratioriof agricultural residue anion exchangers and its nitrate maximum adsorptionc即acity》(农作物废弃物制备的阴离子交换剂及对硝酸根的最大吸附能力)。 目前，以农作物秸秆为原料制备的离子交换剂反应效率较低，有机反应物的损失量较大，因 此成本较高，并且二次污染严重。 发酵秸秆制备的阴离子交换剂以农作物秸秆阴离子交换剂为基础，发酵秸秆中含 有更多的可参与反应的游离低分子碳水化合物，能够更好地与有机反应物反应，因此发酵 秸秆制备的阴离子交换剂对水体中的阴离子具有更好的吸附效果，同时可以进一步降低二 次污染，并减少成本，因此可以更广泛地生产及应用于废污水的治理。目前还没有对于利用 发酵秸秆制备的新型阴离子交换剂及其制备方法和应用的文献见诸报道。
技术实现思路
针对目前农作物秸秆制备的阴离子交换剂存在的效率低下、制备过程二次污染严重、成本过高等不足，本专利技术提供一种稳定性好、吸附效果好、适用范围广、成本低廉的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，同时提供一种该阴离子交换剂的制备方法，该方法生产效率高、二次污染少，可大规模生产。本专利技术还提供了该离子交换剂的应用。 本专利技术的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，其外观为褐色或红棕色的粉末状固体，Zeta电位为10mv 40mv，含氮量为2. 0% 6. 0% ，水溶液pH值为4 6 ;离子交换剂的通式，以单糖为例表示为 ，,， 一画 Oil e瑪c瑪丄—、0,— S ，巧- 潔 上述阴离子交换剂进一步优选的形式是外观为褐色状固体，Zeta电位在15mv 35mv之间，含氮量在3. 0% 6. 0X，水溶液pH为4 5。 上述阴离子交换剂作为水处理药剂在给水、染料废水、工业含砷废水、生活污水处理中的应用。本专利技术的阴离子交换剂作为一种新型高效的水处理药剂，可广泛应用于去除水体中的阴离子，如用于治理染料废水、给水、富营养化废水、含砷工业废水等。 上述本专利技术的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂的制备方法，包括以下步骤 (1)将粒径为200 ii m 500 y m的发酵秸秆与环氧氯丙烷按10克1 20毫升的比例混合，置于容器中，在20°C 12(TC下搅拌反应20分钟 150分钟； (2)将发酵秸秆与酰胺按10克0.5 10毫升的比例向上述容器中加入酰胺，继续搅拌反应30分钟 150分钟，温度恒定控制在20 120°C ; (3)将发酵秸秆与三乙胺或二甲胺按10克1 20毫升的比例向上述容器中加 入质量百分浓度是33% 99%的三乙胺或二甲胺溶液，温度控制在20 12(TC，并搅拌反 应0. 5小时 6小时，得固体产物； (4)将步骤(3)制得的固体产物用等体积的O. lmol L—、a0H、0. lmol L—力C1、50X V/VC2H50H和去离子水分别顺序清洗1 2遍，然后在6(TC真空干燥24小时，过筛分级，即 得阴离子交换剂。 上述利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂的制备方法中 所述步骤(1)中的发酵秸秆是纤维素、半纤维素、木质素以及降解后形成的各种 糖类物质的混合物。 所述步骤(1)和步骤(2)中的搅拌反应时间优选为30分钟 60分钟，搅拌反应 温度优选为60°C 100°C。 所述步骤(2)中的酰胺是乙二胺或二乙烯三胺，最优选乙二胺。 所述步骤(3)中发酵秸秆与三乙胺或二甲胺溶液的比例优选为10克2 10毫升，搅拌反应时间优选为2 4小时，搅拌反应温度优选为60 IO(TC。 本专利技术以发酵秸秆、环氧氯丙烷和三乙胺或二甲胺为原料、以酰胺作为交联剂制备阴离子交换剂，具有生产工艺简单、生产效率高、经济等特点，可适用大规模生产。制备的阴离子交换剂具有二次污染少、产品稳定性好、吸附效果好、适用范围广、成本低廉、可大规模生产及应用等优点。此阴离子交换剂可广泛应用于废污水的治理，并具有较好的处理效具体实施方式 实施例1 将发酵秸秆与环氧氯丙烷搅拌反应，并加入乙二胺，然后加入二甲胺溶液，它们之间的配料比为发酵秸秆环氧氯丙烷乙二胺三乙胺溶液=10g : 10mL : 0.5mL : lOmL，制备出发酵秸秆阴离子交换剂。具体制备方法如下 (1)取10g粒径为200-500 y m的发酵秸秆于250mL的三口瓶中，加入10mL的环氧 氯丙烷85t:温度下搅拌反应60分钟。 (2)取O. 5mL的乙二胺加于上述250mL的三口瓶中继续搅拌反应60min，温度控制 在85。C。 (3)加入10mL质量百分浓度是33%的二甲胺溶液，反应温度是85。C，搅拌时间是 3小时，得固体产物。 (4)将产物分别用相同体积的NaOH(O. 1 mol L— 、HC1 (0. 1 mol L—0 、C2H50H(50% ) 和去离子水各1L按顺序清洗，然后在6(TC真空干燥12小时，过筛分级，制备得到阴离子交 换剂。其外观为褐色粉末状，Zeta电位为27. 5mv，含氮量约3. 42%， pH值为4. 6。该产品 编号以No. 1表示。 实施例2 具体制备方法与实施例1所不同的是 第(1)步加入的环氧氯丙烷为lmL，在2(TC温度下搅拌反应150分钟。 第(2)步加入的乙二胺为5mL，在2(TC温度下搅拌反应150分钟。。 第(3)步加入的反应剂为20mL质量百分数为99%的三乙胺，反应温度为2(TC，反应时间为6小时。 所得阴离子交换剂，外观为黄褐色粉末状，Zeta电位为lOmv.含氮量约2. 0%， pH 值为4.0。该产品编号以No. 2表示。 实施例3 制备方法与实施例1所不同的是 第(1)步加入的环氧氯丙烷为20mL，在12(TC温度下搅拌反应20分钟。 第(2)步加入的酰胺为二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，其外观为褐色或红棕色的粉末状固体，Ｚｅｔａ电位为１０ｍｖ～４０ｍｖ，含氮量为２．０％～６．０％，水溶液ｐＨ值为４～６；离子交换剂的通式，以单糖为例表示为：　　　　＊＊＊。

【技术特征摘要】
一种利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，其外观为褐色或红棕色的粉末状固体，Zeta电位为10mv～40mv，含氮量为2.0％～6.0％，水溶液pH值为4～6；离子交换剂的通式，以单糖为例表示为F2009102297011C0000011.tif2. 如权利要求1所述的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，其特征在于进一步优选 式是外观为褐色状固体，Zeta电位在15mv 35mv之间，含氮量在3. 0% 6. 0%，水 溶液pH为4 5。3. —种权利要求1所述的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂在给水、染料废水、工业 含砷废水、生活污水处理中的应用。4. 一种权利要求1所述的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂的制备方法，其特征在 于包括以下步骤(1) 将粒径为200 m 500 m的发酵秸秆与环氧氯丙烷按10克1 20毫升的比 例混合，置于容器中，在20°C 12(TC下搅拌反应20分钟 150分钟；(2) 将发酵秸秆与酰胺按10克0.5 10毫升的比例向上述容器中加入酰胺，继续搅 拌反应30分钟 150分钟，温度恒定控制在20 120°C ;(3) 将发酵秸秆与三乙胺或二甲胺按10克1 20毫升的比例向上述容器中加入 质量百分浓度是33% ...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宝玉，许醒，岳钦艳，王文懿，钟倩倩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]