植物秸稈表面印跡吸附材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了植物秸稈表面印跡吸附材料及其制備方法。首先將植物秸稈依次經(jīng)過NaOH溶液預(yù)處理和硅烷偶聯(lián)劑改性后，然后將改性秸稈、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑在無水乙醇中混合均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)，得到表面印跡吸附材料。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的回收利用，而且得到的吸附材料的穩(wěn)定性和再生性能好，對重金屬離子的吸附速度快，可廣泛應(yīng)用于重金屬離子廢水的處理。
【專利說明】 植物秸稈表面印跡吸附材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種植物秸桿表面印跡吸附材料及其制備方法，屬于廢物資源化及環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬離子廢水主要來自電鍍、采礦、冶煉、化工等部門，在天然環(huán)境中能夠長期存在，即使?jié)舛群艿鸵部僧a(chǎn)生毒性，給生命帶來嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的重金屬離子廢水處理方法有氧化還原法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、膜分離法和溶劑萃取法等。這些方法大多存在投資大、運(yùn)行成本高、操作管理麻煩，并且會產(chǎn)生二次污染等問題。而吸附法具有操作簡單、投資費(fèi)用少、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有效的方法之一。
[0003]吸附法的核心在于吸附材料的選擇。作為一種高效的重金屬離子吸附材料，要求吸附能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、易再生且價廉易得。傳統(tǒng)吸附材料如活性炭等因?yàn)閮r格貴、使用壽命低、操作費(fèi)用高等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到限制。而生物質(zhì)類吸附材料因其廉價易得，且可實(shí)現(xiàn)廢物再利用，得到廣泛關(guān)注。
[0004]我國秸桿資源非常豐富，每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)億噸，將秸桿應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，制備高效環(huán)保的吸附材料極具經(jīng)濟(jì)和社會價值。秸桿是成熟農(nóng)作物莖葉部分的總稱。通常指水稻、小麥、玉米、棉花、薯類、甘蔗等農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分，是一類農(nóng)業(yè)廢棄物。由于秸桿富含氮、磷、鉀等元素，以及纖維素和木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)，是一種具有多用途的可再生資源。
[0005]隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，糧食產(chǎn)量大幅提高，秸桿數(shù)量隨之增多，加之省柴節(jié)煤技術(shù)的推廣，使得農(nóng)村中產(chǎn)生大量的富余秸桿。目前秸桿的主要處理方式是直接還田或者焚燒。這不僅造成資源的極大浪費(fèi)，而且燃燒過程中會產(chǎn)生CO、SO2等有毒氣體，以及大量的可吸入顆粒物，給人類健康帶來危害，同時造成環(huán)境污染。因此，大力推廣農(nóng)作物秸桿利用新技術(shù)，將秸桿變廢為寶，不僅可以保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，而且可以滿足農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。
[0006]離子印跡聚合物是一種對模板離子具有特異識別功能的高分子聚合物，在使用過程中能夠抵抗酸堿、高溫、有機(jī)溶劑等不利影響，在環(huán)境污染化學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。從離子印跡聚合物出現(xiàn)至今，其制備方法已經(jīng)從早期的本體聚合發(fā)展到沉淀聚合、乳液聚合、表面聚合等多種制備方法。其中表面印跡方法由于在載體表面發(fā)生聚合反應(yīng)，形成的活性位點(diǎn)均位于材料表面，因此對模板離子表現(xiàn)出較快的吸附速度，且選擇性識別能力較強(qiáng)。當(dāng)吸附飽和后，又很容易將模板離子洗脫出來，再生性能好。與傳統(tǒng)的制備方法相比，避免了操作過程繁瑣、勞動強(qiáng)度大、產(chǎn)率較低等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種植物秸桿表面印跡吸附材料及其制備方法。本發(fā)明采用植物秸桿作為載體材料，通過表面印跡技術(shù)制備的吸附材料具有吸附速度快、吸附量高、選擇吸附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明的一種植物秸桿表面印跡吸附材料，是將經(jīng)過預(yù)處理和改性后的植物秸桿作為表面印跡的載體材料，選用金屬離子作為模板離子，通過表面印跡技術(shù)制備而成。這種吸附材料的制備方法包含如下步驟:(I)植物秸桿的預(yù)處理:將植物秸桿清洗、烘干、粉碎，取粒徑為40?60目的粉末在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?15%的NaOH溶液中浸泡攪拌5?10小時后抽濾，洗滌至中性并真空干燥；植物秸桿粉末與NaOH溶液的質(zhì)量體積(g:mL)比為
I: 20?40 ;⑵植物秸桿的改性:將5?IOg預(yù)處理后的植物秸桿粉末加入到200?300mL體積比為1:1乙醇和水的混合溶劑中攪拌，然后加入5?IOmL硅烷偶聯(lián)劑3_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在40?60°C條件下反應(yīng)20?30小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物在索氏提取器中用乙醇洗滌，除去未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，最后真空干燥25?30小時，得到改性植物稻桿；(3)表面印跡吸附材料的制備:將Ig改性植物稻桿，I?5g功能單體和
0.5?3g金屬鹽加入30?150mL無水乙醇中，劇烈攪拌,使得功能單體、模板離子和改性植物秸桿充分混合均勻；然后加入3?15g交聯(lián)劑，0.1?0.5g引發(fā)劑，通氮?dú)獗Ｗo(hù)30分鐘，經(jīng)紫外光輻照20?60分鐘后，過濾收集固體材料，最后采用0.1?2.0moI/L鹽酸去除模板離子，抽濾并真空干燥后得到表面印跡吸附材料。
[0010]其中功能單體是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸-2-羥基異丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N, N’ - 二甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一種。交聯(lián)劑是乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。引發(fā)劑是硫雜蒽酮類化合物、二苯甲酮類化合物、烷基苯酮類化合物、苯偶酰類化合物、?；籽趸铩⒈脚家黾捌溲苌镏械囊环N。金屬鹽是硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硫酸鹽或硫代硫酸鹽中的一種；金屬離子為鋪、絡(luò)、鋒、鉛、銅、鉆、鎮(zhèn)、萊、銀或鐵中的一種。
[0011]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.本發(fā)明采用農(nóng)業(yè)廢棄物植物秸桿為原料，該原料來源廣泛、價格低廉。而且植物秸桿為天然高分子材料，具有生物可降解性，且本身無毒性，不會對水體產(chǎn)生二次污染；
[0013]2.本發(fā)明的實(shí)施有助于減少植物秸桿等固體廢棄物的排放量，并在一定程度上緩解了由于秸桿焚燒而造成的大氣污染，對環(huán)境保護(hù)有重要意義；
[0014]3.本發(fā)明通過表面印跡技術(shù)制備的吸附材料，不但對重金屬離子的吸附具有選擇性，而且對重金屬離子的吸附速度快，又容易將模板離子洗脫出來，再生性能好。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0016]實(shí)施例1
[0017]將IOg粒徑為60目的秸桿粉末在250mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液中浸泡攪拌10小時后，抽濾，洗滌至中性并真空干燥。取5g預(yù)處理后的秸桿粉末加入到200mL體積比為1:1乙醇和水的混合溶劑中攪拌，然后加入SmL硅烷偶聯(lián)劑3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在50°C條件下反應(yīng)20小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物在索氏提取器中用乙醇洗滌，除去未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，最后真空干燥25小時，得到改性秸桿。將Ig改性秸桿，2g甲基丙烯酸和0.5gCu (NO3) 2.3H20加入40mL無水乙醇中，劇烈攪拌,然后加入5g乙二醇二甲基丙烯酸酯，0.1g2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮，通氮?dú)獗Ｗo(hù)30分鐘，經(jīng)紫外光輻照20分鐘后，過濾收集固體材料，然后采用1.0mol/L鹽酸去除模板離子，抽濾并真空干燥后得到表面印跡吸附材料。將該吸附材料浸泡在0.005mol/L的Cu2+溶液中，在pH為5的條件下，該吸附材料對Cu2+的吸附在5min內(nèi)達(dá)到飽和，去除率達(dá)到98%。
[0018]實(shí)施例2
[0019]將IOg粒徑為60目的秸桿粉末在250mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液中浸泡攪拌10小時后，抽濾，洗滌至中性并真空干燥。取5g預(yù)處理后的秸桿粉末加入到200mL體積比為1:1乙醇和水的混合溶劑中攪拌，然后加入SmL硅烷偶聯(lián)劑3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在50°C條件下反應(yīng)20小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物在索氏提取器中用乙醇洗滌，除去未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，最后真空干燥25小時，得到改性秸桿。將Ig改性秸桿，3.0g丙烯酰胺和0.7gCd (NO3) 2.4H20加入60mL無水乙醇中，劇烈攪拌，然后加入6.0gN, N’ 二甲基丙烯酰胺，0.15g2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮，通氮?dú)獗Ｗo(hù)30分鐘，經(jīng)紫外光輻照30分鐘后，過濾收集固體材料，然后采用1.0mol/L鹽酸去除模板離子，抽濾并真空干燥后得到表面印跡吸附材料。將該吸附材料浸泡在0.005mol/L的Cd2+溶液中，在pH為5的條件下，該吸附材料對Cd2+的吸附在5min內(nèi)達(dá)到飽和，去除率達(dá)到97%。
【權(quán)利要求】
1.植物秸桿表面印跡吸附材料，其特征在于，將經(jīng)過預(yù)處理和改性后的植物秸桿作為表面印跡的載體材料，選用金屬離子作為模板離子，通過表面印跡技術(shù)制備而成。
2.植物秸桿表面印跡吸附材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包含如下步驟: (1)植物秸桿的預(yù)處理:將植物秸桿清洗、烘干、粉碎，取粒徑為40?60目的粉末在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?15%的NaOH溶液中浸泡攪拌5?10小時后抽濾，洗滌至中性并真空干燥；植物秸桿粉末與NaOH溶液的質(zhì)量體積(g:mL)比為1: 20?40 ; (2)植物秸桿的改性:將5?IOg預(yù)處理后的植物秸桿粉末加入到200?300mL體積比為1:1的乙醇和水的混合溶劑中攪拌，然后加入5?IOmL硅烷偶聯(lián)劑3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在40?60°C條件下反應(yīng)20?30小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物在索氏提取器中用乙醇洗滌，除去未反應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，最后真空干燥25?30小時，得到改性植物秸桿； (3)表面印跡吸附材料的制備:將Ig改性植物稻桿，I?5g功能單體和0.5?3g金屬鹽加入30?150mL無水乙醇中，劇烈攪拌，使得功能單體、模板離子和改性植物秸桿充分混合均勻；然后加入3?15g交聯(lián)劑，0.1?0.5g引發(fā)劑，通氮?dú)獗Ｗo(hù)30分鐘，經(jīng)紫外光輻照20?60分鐘后，過濾收集固體材料，最后采用0.1?2.0moI/L鹽酸去除模板離子，抽濾并真空干燥后得到表面印跡吸附材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種植物秸桿表面印跡吸附材料的制備方法，其特征在于，所述的功能單體是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸-2-羥基異丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N，N’ - 二甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種植物秸桿表面印跡吸附材料的制備方法，其特征在于，所述的交聯(lián)劑是乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種植物秸桿表面印跡吸附材料的制備方法，其特征在于，所述的引發(fā)劑是硫雜蒽酮類化合物、二苯甲酮類化合物、烷基苯酮類化合物、苯偶酰類化合物、?；籽趸?、苯偶姻及其衍生物中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種植物秸桿表面印跡吸附材料的制備方法，其特征在于，所述的金屬鹽是硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硫酸鹽或硫代硫酸鹽中的一種；金屬離子為鎘、鉻、鋅、鉛、銅、鈷、鎳、萊、銀或鐵中的一種。
【文檔編號】C02F1/62GK103769059SQ201410066573
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王靜靜 申請人:鹽城工學(xué)院