本發(fā)明涉及一種生物吸附劑的制備方法的技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備方法及對全氟辛酸(PFOA)吸附的應(yīng)用技術(shù),屬于再生資源化利用及環(huán)境與化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
在水處理過程中,吸附劑利用其豐富的結(jié)構(gòu)、比表面積加之通過表面各種活性基團(tuán)與吸附質(zhì)的相互作用,從液相中萃取出污染物,從而達(dá)到水質(zhì)凈化的作用。其中,吸附法與其他工藝相比優(yōu)勢在于能夠處理生物法難以處理的金屬離子、難降解有機(jī)物及一些陰離子污染物。但與此同時(shí),吸附法也存在許多不足之處,其中吸附劑的固液分離困難一直是阻礙吸附技術(shù)進(jìn)步的一大問題,因而近年來許多學(xué)者致力于研究磁性吸附劑并應(yīng)用于水體中污染物質(zhì)的去除。研究可知,在外加磁場的幫助下,磁性吸附劑能夠快速實(shí)現(xiàn)固液分離,并同時(shí)擁有高速的傳質(zhì)速率和良好的接觸效率,因而可在很大程度上可以解決傳統(tǒng)吸附法所面臨的問題。
全氟辛酸(PFOA),或者稱為“C8”,為一種人工合成的化學(xué)品,通常是用于生產(chǎn)高效能氟聚合物時(shí)所不可或缺的加工助劑。這些高效能氟聚合物可被廣泛應(yīng)用于航空航天科技、運(yùn)輸、電子行業(yè),以及廚具(如不粘鍋)等民生用品。從20世紀(jì)80年代早期開始,這種非揮發(fā)性全氟有機(jī)化合物在工業(yè)及民用領(lǐng)域的應(yīng)用增長迅速。該類產(chǎn)品的大量使用使得其以各種途徑進(jìn)入到全球范圍內(nèi)的各種環(huán)境介質(zhì)如土壤、水體、大氣中,通過食物鏈的傳遞放大,目前在許多動(dòng)物組織和人體中發(fā)下了PFOA的存在。因此PFOA已經(jīng)成為一種重要的全球性污染物,它對環(huán)境污染的廣度和深度超出人們預(yù)想,目前對于該問題的研究已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)的研究熱點(diǎn)。
對于PFOA等全氟烷基類持久性污染物的治理技術(shù)目前研究甚少,因其極好的穩(wěn)定性造成采用傳統(tǒng)廢水處理方法無法將其降解,還可能在處理過程中造成其前體的分解產(chǎn)生新PFOA。處理含全氟類烷基化合物的有機(jī)廢水,高級氧化技術(shù)也速手無策,強(qiáng)氧化性的羥基自由基也與PFOA等全氟類烷基化合物的反應(yīng)速率極慢,另外,還有人采用光化學(xué)、活性炭吸附和納濾膜等方法,處理效果都不是特別明顯。趙德明等,研究了采用超聲波降解全氟類烷基化合物(趙德明等,超聲波降解全氟辛烷磺酸和全氟辛酸的動(dòng)力學(xué),化工學(xué)報(bào),2011,62(2):829~832),超聲降解適用于高濃度的全氟污染物,對于微量的全氟污染物處理達(dá)不到理想效果。吸附分離除去環(huán)境水中存在的有機(jī)、無機(jī)污染物,已被認(rèn)為是一種十分有效和常用的處理方法,采用吸附分離法除去水中的PFOA成為本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注問題。采用吸附分離除去PFOA報(bào)道很少。
資源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大主要問題,因此,利用天然可再生資源,開發(fā)環(huán)境友好型產(chǎn)品和技術(shù)將成為可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。絲瓜絡(luò)為葫蘆科一年生草本植物絲瓜的成熟果實(shí)中的維管束或者說絲瓜的枯老果實(shí)。絲瓜是我國夏秋季節(jié)常用蔬菜,全國大多數(shù)的省區(qū)有產(chǎn),為栽培品,絲瓜絡(luò)是地球非常豐富的再生資源,具有質(zhì)輕價(jià)廉、可降解和環(huán)境友好等特點(diǎn),絲瓜絡(luò)由多層絲狀纖維交織而成的網(wǎng)狀物,體輕,質(zhì)堅(jiān)韌,不能折斷,同時(shí)含木聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等,而且其具有親水性,還帶有豐富的配位基、很容易進(jìn)行化學(xué)改性,國內(nèi)絲瓜絡(luò)改性后作為吸附劑在金屬離子吸附中的應(yīng)用。申請?zhí)枮?00810034734.6的專利中公開了絲瓜絡(luò)對多種金屬離子吸附性能及絲瓜絡(luò)作為吸附劑在金屬離子吸附中的應(yīng)用,其中絲瓜絡(luò)對Cu2+和Zn2+的吸附;天然高分子材料被利用作為吸附劑具有可再生、可降解、環(huán)保友好、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn),是重要的生物資源。將聚丙烯酰胺用來改性磁性絲瓜絡(luò)未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的之一是提供一種聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備方法,獲取的一種聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑對水體系中PFOA的進(jìn)行吸附分離。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
一種聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備方法,其特征在于,該方法具有以下工藝步驟:
(1)絲瓜絡(luò)預(yù)處理:在反應(yīng)器中,按如下組成質(zhì)量百分濃度加入,去離子水:50~60%,濃鹽酸:25~32%,攪拌均勻,冷至室溫,高錳酸鉀:2~6%,溶解,再加入絲瓜絡(luò):10~18%,各組分之和為百分之百,室溫浸泡15~20 h,再煮沸10min,冷卻后用去離子水洗滌至中性,固液分離,干燥,得到預(yù)處理絲瓜絡(luò);
(2)磁性絲瓜絡(luò)制備:在反應(yīng)器中,按如下組成質(zhì)量百分濃度加入,去離子水:75~82%,三價(jià)鐵離子:2.5~6%,亞鐵離子:1.5~3%,二價(jià)鈷離子:0.5~2%,琥珀酸二異辛酯磺酸鈉:0.5~1.5%,超聲溶解后,加入預(yù)處理絲瓜絡(luò):10~15%,各組分之和為百分之百,攪拌下用堿調(diào)節(jié)pH在11~13之間,溫度升至80±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)10~12h,整個(gè)反應(yīng)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束后,冷至室溫,固液分離,洗滌,干燥,得到磁性絲瓜絡(luò);
(3)聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備:在反應(yīng)器中,按如下組成質(zhì)量百分濃度加入,去離子水:72~78%,聚丙烯酰胺:4~10%,磁性絲瓜絡(luò):15~20%,各組分之和為百分之百,室溫下攪拌反應(yīng)5~6天,固液分離,洗滌,干燥,得到聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑。
在步驟(1)中所述絲瓜絡(luò)為去皮去核、洗凈、粉碎,過篩,粒徑在120~160目之間。
在步驟(2)中所述的三價(jià)鐵離子為FeCl3·6H2O或FeCl3或Fe(NO3)3中一種或幾種。
在步驟(2)中所述的二價(jià)鐵離子為FeCl2·4H2O或FeCl2或FeSO4中一種或幾種。
在步驟(2)中所述的二價(jià)鈷離子為CoCl2或CoCl2·6H2O或Co(NO3)2或Co(NO3)2·6H2O中一種或幾種。
在步驟(2)中所述的Fe3+∶Fe2+的摩爾比為2.5∶1為最優(yōu)。
在步驟(2)中所述的Fe2+∶Co2+的摩爾比為2∶1為最優(yōu)。
在步驟(2)中所述的堿為氫氧化鈉或氨水或氫氧化鉀中的一種。
本發(fā)明的另一目的是提供聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑對水體系中對PFOA的吸附,特點(diǎn)為:將制備好的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑用去離子水浸泡2~3h,按靜態(tài)法吸附。
將制備好的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑用去離子水浸泡2~3h,按動(dòng)態(tài)法吸附。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較,具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
(1)本發(fā)明獲得的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,吸附容量大,最大吸附容量達(dá)152.01 mg/g,耐磨可反復(fù)使用次數(shù)可達(dá)10次以上,吸附的速度快,吸附選擇好,解吸性能好,能夠在較寬的酸堿范圍內(nèi)使用。
(2)本發(fā)明獲得的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑既具有固相載體材料的優(yōu)點(diǎn),也解決了活性基團(tuán)聚丙烯酰胺應(yīng)用到水環(huán)境中的流失問題。
(3)穩(wěn)定性好,是天然綠色產(chǎn)品,再生材料,廢棄物可生物降解,其來源廣泛,價(jià)格低廉,對環(huán)境水的污染修復(fù)等方面有現(xiàn)實(shí)意義,減輕環(huán)保壓力。
(4)本發(fā)明獲得的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑既具有固相載體材料的優(yōu)點(diǎn),PFOA吸附在聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑上,外加磁場即可將吸附完成后的吸附劑從水中分離,容易分離回收等優(yōu)點(diǎn)。
(5)合成的過程要求的條件容易控制,能耗低,操作簡單,屬于清潔生產(chǎn)工藝,易于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
(1)絲瓜絡(luò)預(yù)處理:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:55mL,濃鹽酸:25mL,攪拌均勻,冷至室溫,高錳酸鉀:3g,溶解,再加入絲瓜絡(luò):12g,室溫浸泡18 h,再煮沸10min,冷卻后用去離子水洗滌至中性,固液分離,干燥,得到預(yù)處理絲瓜絡(luò);
(2)磁性絲瓜絡(luò)制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:82mL,F(xiàn)eCl3·6H2O:12g,F(xiàn)eCl2·4H2O:3.5g,CoCl2·6H2O:2.0g,琥珀酸二異辛酯磺酸鈉:0.5g,超聲溶解后,加入預(yù)處理絲瓜絡(luò):14g,攪拌下用堿調(diào)節(jié)pH在11~13之間,溫度升至80±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)12h,整個(gè)反應(yīng)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束后,冷至室溫,固液分離,洗滌,干燥,得到磁性絲瓜絡(luò);
(3)聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:75mL,聚丙烯酰胺:5g,磁性絲瓜絡(luò):20g,室溫下攪拌反應(yīng)5天,固液分離,洗滌,干燥,得到聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑。
實(shí)施例2
(1)絲瓜絡(luò)預(yù)處理:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:100mL,濃鹽酸:52mL,攪拌均勻,冷至室溫,高錳酸鉀:8g,溶解,再加入絲瓜絡(luò):15g,室溫浸泡17 h,再煮沸10min,冷卻后用去離子水洗滌至中性,固液分離,干燥,得到預(yù)處理絲瓜絡(luò);
(2)磁性絲瓜絡(luò)制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:78mL,F(xiàn)eCl3:14.5g,F(xiàn)eCl2:4.5g,CoCl2:2.2g,琥珀酸二異辛酯磺酸鈉:1.0g,超聲溶解后,加入預(yù)處理絲瓜絡(luò):13g,攪拌下用堿調(diào)節(jié)pH在11~13之間,溫度升至80±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)11h,整個(gè)反應(yīng)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束后,冷至室溫,固液分離,洗滌,干燥,得到磁性絲瓜絡(luò);
(3)聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:78mL,聚丙烯酰胺:4g,磁性絲瓜絡(luò):18g,室溫下攪拌反應(yīng)6天,固液分離,洗滌,干燥,得到聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑。
實(shí)施例3
(1)絲瓜絡(luò)預(yù)處理:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:240mL,濃鹽酸:84mL,攪拌均勻,冷至室溫,高錳酸鉀:20g,溶解,再加入絲瓜絡(luò):40g,室溫浸泡16h,再煮沸10min,冷卻后用去離子水洗滌至中性,固液分離,干燥,得到預(yù)處理絲瓜絡(luò);
(2)磁性絲瓜絡(luò)制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:150mL,F(xiàn)e(NO3)3:52g,F(xiàn)eSO4:13g,Co(NO3)2:7.0g,琥珀酸二異辛酯磺酸鈉:1.5g,超聲溶解后,加入預(yù)處理絲瓜絡(luò):30g,攪拌下用堿調(diào)節(jié)pH在11~13之間,溫度升至80±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)12h,整個(gè)反應(yīng)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束后,冷至室溫,固液分離,洗滌,干燥,得到磁性絲瓜絡(luò);
(3)聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:150mL,聚丙烯酰胺:14g,磁性絲瓜絡(luò):34g,室溫下攪拌反應(yīng)5.5天,固液分離,洗滌,干燥,得到聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑。
實(shí)施例4
(1)絲瓜絡(luò)預(yù)處理:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:520mL,濃鹽酸:240mL,攪拌均勻,冷至室溫,高錳酸鉀:20g,溶解,再加入絲瓜絡(luò):180g,室溫浸泡16 h,再煮沸10min,冷卻后用去離子水洗滌至中性,固液分離,干燥,得到預(yù)處理絲瓜絡(luò);
(2)磁性絲瓜絡(luò)制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:800mL,F(xiàn)eCl3·6H2O:190g,F(xiàn)eCl2:36g,CoCl2·6H2O:40g,琥珀酸二異辛酯磺酸鈉:6g,超聲溶解后,加入預(yù)處理絲瓜絡(luò):120g,攪拌下用堿調(diào)節(jié)pH在11~13之間,溫度升至80±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)10.5h,整個(gè)反應(yīng)過程在氬氣環(huán)境下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束后,冷至室溫,固液分離,洗滌,干燥,得到磁性絲瓜絡(luò);
(3)聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的制備:在反應(yīng)器中,分別加入,去離子水:750mL,聚丙烯酰胺:100g,磁性絲瓜絡(luò):150g,室溫下攪拌反應(yīng)5天,固液分離,洗滌,干燥,得到聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑。
實(shí)施例5
稱取0.10g聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中浸泡2~3h,過濾洗滌后,加入100mL濃度為400mg/LPFOA標(biāo)準(zhǔn)溶液中,以稀酸或堿調(diào)節(jié)體系的pH值為2.0~11.0范圍內(nèi),在室溫下震蕩吸附4~5h,取上清液,用高效液相色譜法測定PFOA的濃度,根據(jù)吸附前后水中PFOA的濃度差,計(jì)算出聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑的吸附容量,本發(fā)明所制得的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑對PFOA的吸附pH值在7.0~8.0范圍內(nèi)吸附劑對PFOA的吸附容量最大而且穩(wěn)定,在室溫下震蕩吸附4h,PFOA基本吸附完全,PFOA的吸附容量可達(dá)152.01 mg/g。
實(shí)施例6
稱取1.0g聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中浸泡2~3h,過濾洗滌后,加入100mL濃度為200mg/LPFOA標(biāo)準(zhǔn)溶液中,以稀酸或堿調(diào)節(jié)體系的pH值為7.5,在室溫下震蕩吸附4h,取上清液,用高效液相色譜法測定PFOA的濃度,根據(jù)吸附前后水中PFOA的濃度差,計(jì)算出聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑對PFOA的去除率,本發(fā)明所制得的聚丙烯酰胺改性磁性絲瓜絡(luò)吸附劑對PFOA的去除率都在95%以上,最高可達(dá)98%。