一種磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料的制備方法，屬于吸附材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]淀粉其豐富資源、低廉價(jià)格、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性使其可以通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾擁有更多、更好的性能，取代由石油產(chǎn)品合成的難以降解的一些高聚物。幾十年來(lái)設(shè)計(jì)及合成各種淀粉衍生物是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域，很多功能性官能團(tuán)以各種方式被引入淀粉中從而形成諸如醚化淀粉、接枝共聚淀粉、交聯(lián)淀粉、酯化淀粉等多種淀粉衍生物。其中陽(yáng)離子化淀粉自20世紀(jì)60年代國(guó)外開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，已成為在造紙、紡織、油田鉆井、污水處理、日用化學(xué)品等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的淀粉衍生物。
[0003]磁性吸附材料由于具有傳質(zhì)速率快、在磁場(chǎng)作用下易于分離的特點(diǎn)而廣泛用于廢水處理、生物分離等場(chǎng)合。其中無(wú)機(jī)磁性吸附材料如磁性粘土、磁性沸石等對(duì)于重金屬離子和染料分子的吸附容量較低，而天然有機(jī)高分子聚合物由于廉價(jià)易得，而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)磁性吸附材料的制備。
[0004]聚丙烯酰胺作為一種線狀水溶性高分子絮凝劑，由于其分子鏈上具有與丙烯酰胺單元數(shù)相同的側(cè)基-酰胺基，而酰胺基具有高極性，易形成氫鍵和高反應(yīng)活性。聚丙烯酰胺通過(guò)接枝反應(yīng)，接枝到不同基質(zhì)上，合成一類新型的功能性材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前磁性吸附材料具有很高的表面活性，很容易發(fā)生團(tuán)聚，而且吸附劑處理廢水后很難從溶液中分離出來(lái)，回收困難、二次污染，對(duì)環(huán)境造成危害的問(wèn)題，提供了一種磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料的制備方法，本發(fā)明制備出的陽(yáng)離子淀粉具有很好的生物相容性、親水性和可降解性，分子鏈上具有豐富羥基，可以對(duì)重金屬離子進(jìn)行絡(luò)合、離子交換或者靜電吸引，聚丙烯酰胺分子鏈上具有大量的氨基，這些活性基團(tuán)對(duì)于金屬離子有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，所以可以利用聚丙烯酰胺對(duì)陽(yáng)離子淀粉進(jìn)行多氨基改性，同時(shí)對(duì)無(wú)機(jī)磁性四氧化三鐵進(jìn)行包覆，可以得到復(fù)合吸附材料，應(yīng)用在廢水處理中，吸附重金屬效果顯著，易分離回收重新再利用，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)取15?20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)15?45%氫氧化鈉溶液，向堿溶液中加入40?60g小麥淀粉和100?200mL蒸饋水，在30?50°C下磁力攪拌混合30?50min，混合后向淀粉溶液中加入總質(zhì)量5?8%環(huán)氧氯丙燒，繼續(xù)攪拌反應(yīng)形成楽狀，向其中再滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%鹽酸調(diào)節(jié)pH6.5?7.0，調(diào)節(jié)后過(guò)濾，將濾渣用蒸饋水沖洗3?5次；
(2 )將上述沖洗后的濾渣中加入總質(zhì)量5?15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%三甲胺溶液，高速攪拌機(jī)攪拌混合30?40min，再將混合物置于溫度為30?50°C下進(jìn)行陽(yáng)離子化反應(yīng)4?6h，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，得到產(chǎn)物用質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%乙醇溶液反復(fù)洗滌5?7次，過(guò)濾、真空干燥、粉碎成70?80目粉末，得到陽(yáng)離子淀粉，備用；
(3)取4?6gFeCl3.6H2O和8?1gFeCl2.4H20置于500mL的三口燒瓶中，向瓶中加入180?200mL蒸餾水，攪拌使固體全部溶解，配置成氯化鐵和氯化亞鐵混合溶液，放入60?70°C水浴中，取45?55mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%氫氧化鈉溶液用滴液漏斗滴加到燒瓶中，邊滴加邊攪拌，保持在30?40min滴完，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?3h，反應(yīng)結(jié)束后用磁分離，分離得到的產(chǎn)物用蒸餾水沖洗3?5次，得到磁性顆粒，并將磁性顆粒按固液比1:5加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲振蕩處理30?40min，得到磁性懸浮液；
(4)取3?6g步驟(2)得到的陽(yáng)離子淀粉加入到500mL三口燒瓶中，向瓶中
加入200?220mL蒸餾水，磁力攪拌30?40min后靜置8?1h，得到陽(yáng)離子淀粉水溶液，向其中按體積比5:1?7:1與上述磁性懸浮液混合，并超聲分散均勾，分散后加入總質(zhì)量0.5?0.8%聚丙烯酰胺，并快速機(jī)械攪拌20?30min，攪拌后加入總質(zhì)量I?2%過(guò)二硫酸鉀，超聲攪拌20?40min，再在50?80°C下機(jī)械攪拌反應(yīng)I?2h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行磁分離，分離得到的產(chǎn)物用蒸餾水沖洗至濾液為中性，將產(chǎn)物研磨成70?80目粉末即可得磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料應(yīng)用到重金屬?gòu)U水處理中，向5?1L重金屬?gòu)U水中，在室溫下，向水中按2?4g/L加入吸附劑，先測(cè)得金屬離子起始濃度分別為Hg2+為250?380mg/L，Zn2+為208?269mg/L，Pb2+為67?85mg/L，Ag+為28?35mg/L，加入后混合攪拌15?20min，測(cè)得金屬離子分別為Hg2+為8?15mg/L，Zn2+為 7 ?9mg/L，Pb2+為 2 ?6mg/L，Ag+為O ?2mg/L。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制備的陽(yáng)離子淀粉具有很好的生物相容性、親水性和可降解性，其分子鏈上具有豐富羥基，可以對(duì)重金屬離子進(jìn)行絡(luò)合、離子交換或者靜電吸引；
(2)本發(fā)明制得吸附材料應(yīng)用在廢水處理中，吸附效果顯著，易分離回收重新再利用，而且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先取15?20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)15?45%氫氧化鈉溶液，向堿溶液中加入40?60g
小麥淀粉和100?200mL蒸饋水，在30?50°C下磁力攪拌混合30?50min，混合后向淀粉溶液中加入總質(zhì)量5?8%環(huán)氧氯丙燒，繼續(xù)攪拌反應(yīng)形成楽狀，向其中再滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%鹽酸調(diào)節(jié)PH6.5?7.0，調(diào)節(jié)后過(guò)濾，將濾渣用蒸餾水沖洗3?5次;將沖洗后的濾渣中加入總質(zhì)量5?15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%三甲胺溶液，高速攪拌機(jī)攪拌混合30?40min，再將混合物置于溫度為30?50°C下進(jìn)行陽(yáng)離子化反應(yīng)4?6h，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，得到產(chǎn)物用質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%乙醇溶液反復(fù)洗滌5?7次，過(guò)濾、真空干燥、粉碎成70?80目粉末，得到陽(yáng)離子淀粉，備用;取4?6gFeCl3.6H2O和8?1gFeCl2.4H20置于500mL的三口燒瓶中，向瓶中加入180?200mL蒸餾水，攪拌使固體全部溶解，配置成氯化鐵和氯化亞鐵混合溶液，放入60?70°C水浴中，取45?55mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%氫氧化鈉溶液用滴液漏斗滴加到燒瓶中，邊滴加邊攪拌，保持在30?40min滴完，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?3h，反應(yīng)結(jié)束后用磁分離，分離得到的產(chǎn)物用蒸餾水沖洗3?5次，得到磁性顆粒，并將磁性顆粒按固液比1:5加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲振蕩處理30?40min，得到磁性懸浮液;取3?6g得到的陽(yáng)離子淀粉加入到500mL三口燒瓶中，向瓶中加入200?220mL蒸餾水，磁力攪拌30?40min后靜置8?1h，得到陽(yáng)離子淀粉水溶液，向其中按體積比5:1?7:1與磁性懸浮液混合，并超聲分散均勾，分散后加入總質(zhì)量0.5?
0.8%聚丙烯酰胺，并快速機(jī)械攪拌20?30min，攪拌后加入總質(zhì)量I?2%過(guò)二硫酸鉀，超聲攪拌20?40min，再在50?80°C下機(jī)械攪拌反應(yīng)I?2h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物進(jìn)行磁分離，分離得到的產(chǎn)物用蒸餾水沖洗至濾液為中性，將產(chǎn)物研磨成70?80目粉末即可得磁性聚丙烯酰胺-陽(yáng)離子淀粉基吸附材料。
[0010]實(shí)例I
首先取15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%氫氧化鈉溶液，向堿溶液中加入40g小麥淀粉和10mL蒸餾水，在30°C下磁力攪拌混合30min，混合后向淀粉溶液中加入總質(zhì)量5%環(huán)氧氯丙烷，繼續(xù)攪拌反應(yīng)形成漿狀，向其中再滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%鹽酸調(diào)節(jié)pH6.5，調(diào)節(jié)后過(guò)濾，將濾渣用蒸餾水沖洗3次；將沖洗后的濾渣中加入總質(zhì)量5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%三甲胺溶液，高速攪拌機(jī)攪拌混合30min，再將混合物置于溫度為30°C下進(jìn)行陽(yáng)離子化反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，得到產(chǎn)物用質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%乙醇溶液反復(fù)洗滌5次，過(guò)濾、真空干燥、粉碎成70目粉末，得到陽(yáng)離子淀粉，備用；取4gFeCl3.6H20和8gFeCl2.4H20置于500mL的三口燒瓶中，向瓶中加入180mL蒸餾水，攪拌使固體全部溶解，配置成氯化鐵和氯化亞鐵混合溶液，放入60°C水浴中，取45mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%氫氧化鈉溶液用滴液漏斗滴加到燒瓶中，邊滴加邊攪拌，保持在30min滴完，繼續(xù)攪拌反應(yīng)lh，反應(yīng)結(jié)束后用磁分離，分離得到的產(chǎn)物用蒸餾水沖洗3次，得到磁性顆粒，并將磁性顆粒按固液比1:5加入到蒸餾水中，進(jìn)行超聲振蕩處理30min，得到磁性懸浮液;取3g得到的陽(yáng)離子淀粉加入到500mL三口燒瓶中，向瓶中加入200mL蒸餾水，磁力攪拌30min后靜置8h，得到陽(yáng)離子