丙基胺键合蔗渣的制备及其在吸附水中Cd2+的应用制造技术

本发明专利技术公开了在一定条件下，用3-氨丙基三甲氧基硅烷试剂与蔗渣纤维素发生硅烷化反应，成功将丙基胺基团键合至蔗渣纤维素，制备出丙基胺键合蔗渣。采用静态吸附实验，研究了丙基胺键合蔗渣对Cd2+的吸附性能，结果表明，丙基胺键合蔗渣对Cd2+的适宜吸附pH范围为3～7；吸附平衡时间为8h；在室温（20℃）和40℃下均可用langmuir等温吸附线来描述。室温时，丙基胺键合蔗渣对Cd2+的最大吸附量为17.36mg/g，40℃为21.05mg/g。明显高于蔗渣纤维素和活性碳对Cd2+的最大吸附量。可见，丙基胺键合蔗渣可作为重金属离子捕集剂使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改性蔗渣纤维素，具体是丙基胺键合蔗渣的制备及其在吸附水中Cd2+的应用
技术介绍
我国是仅次于巴西和印度的世界第三大甘蔗种植国，蔗渣来源广泛、价格低廉、容易再生。蔗渣的成分以纤维素，半纤维素以及木质素为主，其中纤维素含量约为44°/Γ46%。目前，极少部分蔗渣被用于造纸或者作为燃料燃烧，附加值小，大部分蔗渣作为废渣处理，对环境构成潜在威胁。纤维素分子中含有许多亲水性的基团——羟基，是一种纤维状、多毛细管的天然 高分子，具有多孔和比表面积大的特点，具有一定的吸附性，可以用作离子吸附剂。如能充分利用羟基特性，采用化学键合方法在蔗渣纤维素上键合对重金属离子具有特效吸附性能的螯合基团，必将使蔗渣开发成附加值高的重金属离子捕集剂。目前，由蔗渣纤维素进行化学键合改性获得的重金属离子吸附剂成为专利技术热点，报道的有蔗渣纤维素黄原酸酯、蔗渣纤维素乙二胺-二硫化碳二元共聚物、多氨基改性蔗渣、羧基化蔗渣、表氯醇改性蔗渣。尚未见在蔗渣纤维素键合丙基胺的报道，也未见采用硅烷化反应将基团键合至植物纤维素上的反应报道。为此，本专利技术采用硅烷化反应将丙基胺化学键合至蔗渣纤维素上，并实验丙基胺键合蔗渣对Cd2+的吸附效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以蔗渣为原料制备丙基胺键合蔗渣的方法。本专利技术的另一目的是提供丙基胺键合蔗渣在吸附水中Cd2+的应用，即是将丙基胺键合蔗渣作为重金属离子捕集剂吸附水中Cd2+。实现本专利技术目的的技术方案是 本专利技术丙基胺键合蔗渣的制备，是在一定条件下，用3-氨丙基三甲氧基硅烷试剂与蔗渣纤维素发生硅烷化反应，成功将丙基胺基团键合至蔗渣纤维素，将蔗渣改性成了对水中Cd2+具强吸附性能的重金属离子捕集剂——丙基胺键合蔗渣，其方法包括如下步骤 (1)蔗渣的初步清洗及破碎将蔗渣用自来水清洗2 3遍，置于80°C烘箱中烘干，将烘干后蔗渣剪碎至1-2 cm小段，然后置于粉碎机粉碎后全部过20目筛； (2)水煮取200g粉碎蔗渣，加入纯水没过蔗渣约I公分，水煮I h，水煮过程需不时搅拌，适量补水保持水面没过蔗渣，煮毕，布氏漏斗过滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为无色止，烘干得水煮蔗渣，此步主要是除去蔗渣中残余的糖分； (3)碱化称取34g水煮蔗渣置于1000 mL烧杯中，加入20% (w/v)NaOH溶液900 mL,保鲜膜封口，室温下磁力搅拌16 h碱化蔗渣，然后布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80°C烘箱中烘干滤渣，得碱化蔗渣(蔗渣纤维素)，该步骤产率为52. 4%，此步主要目的为去除蔗渣中的木质素，获得蔗渣纤维素；(4)酸化取20g碱化蔗渣加入6 mo I/L的HCl没过蔗渣I公分于通风橱中磁力搅拌酸化I 2 h，用布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80°C烘箱中烘干滤渣得酸化蔗渣，该步骤产率为81. 9%，此步主要目的为活化蔗渣纤维素，为基团键合反应做准备； (5)基团键合反应称取5.O g酸化蔗渣于250 mL圆底烧瓶中，加入甲苯溶液没过蔗渣I公分为反应溶剂，待甲苯全部润湿蔗渣后，加入O. 9 mL 3-氨丙基三甲氧基硅烷混匀，并在微沸条件下回流反应18 h，布氏漏斗抽滤，滤渣用滤纸包好置于索氏提取器中甲苯索氏提取12 h，除去反应过程残留于蔗渣中的杂质，完毕，取出蔗渣置于80°C烘箱中烘干即得丙基胺键合蔗渣，该步骤产率为100. 1%。本专利技术的有益效果是 本专利技术以蔗渣这一制糖产业的固体废物为原料，制备出对水溶液中Cd2+具有较强吸附性能的重金属离子捕集剂——丙基胺键合蔗渣，产率为43. O %。通过实验其对水溶液中Cd2+吸附性能，得出如下结论 (I)丙基胺蔗渣对水溶液中Cd2+具有较好的吸附性能吸附平衡时间为8 h ;适宜pH范围为3-7 ;强电解质和温度对吸附无明显影响。(2)在20°C和40°C的温度下，丙基胺键合蔗渣吸附剂对Cd2+的饱和吸附容量分别为17.36 mg/g和21. 05mg/g,相同吸附条件下,远高于活性炭(为10.41 mg/g)和未改性蔗渣(碱化蔗渣)(7. 90 mg/g)对Cd2+的饱和吸附容量。附图说明图I为实施例丙基胺键合蔗渣纤维素的反应方程式； 图2为实施例丙基胺键合蔗渣对Cd2+的吸附量(吸附率)随时间变化曲线 图3为实施例pH值对丙基胺键合蔗渣吸附影响曲线 图4为实施例强电解质对丙基胺键合蔗渣吸附影响曲线图。具体实施例方式I.实验部分 1.1主要仪器及试剂 (I)仪器 E7H0S A微波消解仪(意大利)；紫外分光光度计(日本岛津公司);VIS-723G可见光分光光度计；101-2-BS- II烘箱(上海跃进医疗器械有限公司)；磁力搅拌器(天津市博斯特仪器有限公司)；pHS-3B pH计(上海雷磁仪器厂)；中草药粉碎机。(2)试剂 I)Cd2+模拟废水储备液的配置准确称取Cd(N03)2*4H20 (A. R.，广东汕头市西陇化工厂)1.376 g溶于烧杯，移至500 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。所得溶液浓度为Img/mL。2)0. 1% 二甲酚橙水溶液准确称取二甲酚橙(A.R.，天津市化学试剂研究所)O. Ig溶于100 mL水，待二甲酚橙完全溶解，移至棕色试剂瓶中避光保存。3)6 mol/L硝酸移取30 mL36% 38% (约10 mol/L)的硝酸(A. R.，广东汕头市西陇化工厂)与20 mL水混合，摇匀而成。4)六亚甲基四胺-KNO3- HNO3体系称取100 g分析纯六亚甲基四胺溶于250 mL蒸馏水中，用6 mol/L的硝酸溶液调节pH=6. 3，再向此溶液中加入3 g KNO3晶体溶解，即可得六亚甲基四胺-KNO3- HNO3体系。5) 1+9盐酸移取10 mL盐酸(A.R.，广东汕头市西陇化工厂)与90 mL水混合而成。6)硝酸钾标准储备液(100 mg/L):准确称取O. 72 g硝酸钾溶于适量水，移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。再加入I 2 mL三氯甲烷为保护剂，于黑暗中保存。7)碱性过硫酸钾溶液称取10 g过硫酸钾(A. R.，上海爱建德固赛引发剂有限公司)溶于150 mL水中，另称取3. 75 gNaOH (A. R.，广东汕头市西陇化工厂)溶于75 mL水中，待NaOH溶液温度冷却至室温后，混合两种溶液定容至1000 mL，于聚乙烯瓶中保存。 8)浓硫酸+双氧水消解液在不断搅拌情况下，将60 ml浓硫酸(A. R.，广东汕头市西陇化工厂)缓慢加入20 mL双氧水中(A. R.，广东汕头市西陇化工厂)而成。9)0.6 mo I/LNaOH溶液准确称取O. 06 g在氧化钠(A. R.，广东汕头市西陇化工厂)溶于100 mL水中而成。10)1 mol/L的NaCl溶液准确称取29. 25 gNaCl (A. R.，广东汕头市西陇化工厂)溶于500 mL的容量瓶中，加水稀释到刻度，摇匀。11) 3-氨丙基三甲氧基硅烷(A.R·，阿拉丁) I.2丙基胺键合蔗渣的制备和表征 I.2. I制备步骤 (1)蔗渣的初步清洗及破碎将蔗渣用自来水清洗2 3遍，置于80°C烘箱中烘干，将烘干后蔗渣剪碎至1-2 cm小段，然后置于粉碎机粉碎后全部过20目筛； (2)水煮本文档来自技高网...

【技术保护点】
丙基胺键合蔗渣的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）蔗渣的初步清洗及破碎：将蔗渣用自来水清洗2～3遍，置于80℃烘箱中烘干，将烘干后蔗渣剪碎至1?2?cm小段，然后置于粉碎机粉碎后全部过20目筛；（2）水煮：取200?g粉碎蔗渣，加入纯水没过蔗渣约1公分，水煮1?h，水煮过程需不时搅拌，适量补水保持水面没过蔗渣，煮毕，布氏漏斗过滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为无色止，烘干得水煮蔗渣；（3）碱化：称取34?g水煮蔗渣置于1000?mL烧杯中，加入20%（w/v）NaOH溶液900?mL，保鲜膜封口，室温下磁力搅拌16?h碱化蔗渣，然后布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80℃烘箱中烘干滤渣，得碱化蔗渣；（4）酸化：取20?g碱化蔗渣加入6?mol/L的HCl没过蔗渣1公分于通风橱中磁力搅拌酸化1～2?h，用布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80℃烘箱中烘干滤渣得酸化蔗渣；（5）基团键合反应：称取5.0?g酸化蔗渣于250?mL圆底烧瓶中，加入甲苯溶液没过蔗渣1公分为反应溶剂，待甲苯全部润湿蔗渣后，加入0.9?mL?3?氨丙基三甲氧基硅烷混匀，并在微沸条件下回流反应18?h，布氏漏斗抽滤，滤渣用滤纸包好置于索氏提取器中甲苯索氏提取12?h，除去反应过程残留于蔗渣中的杂质，完毕，取出蔗渣置于80℃烘箱中烘干即得丙基胺键合蔗渣。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁英，李茂永，潘英明，杜伟，李学军，许睿，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：