一種農(nóng)作物秸稈重金屬離子吸附材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物秸稈重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征工藝步驟如下：將秸稈粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺中，置于超聲波清洗槽一定溫度下超聲一定時(shí)間，然后將植酸和尿素加入到上述體系中，升溫到50～90℃，反應(yīng)一定時(shí)間后將產(chǎn)物冷卻至室溫，沉淀，洗滌，干燥，粉碎，得到植酸改性秸稈。將衣康酸用NaOH中和，然后加入植酸改性秸稈、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮和交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢韬笾饾u升溫至40～60℃，最后將氧化還原引發(fā)劑緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)3～5小時(shí)，聚合結(jié)束后經(jīng)沉淀、洗滌和干燥得到農(nóng)作物秸稈重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為100～1000mg/l的重金屬離子水溶液吸附容量達(dá)到50～800mg/g，室溫吸附50～150min達(dá)到吸附平衡。
【專利說明】一種農(nóng)作物秸稈重金屬離子吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，本發(fā)明制備的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料適用于重金屬離子的吸附分離，可廣泛應(yīng)用于重金屬離子吸附、分離、提純以及重金屬離子環(huán)境污染治理等。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球工業(yè)化程度的提高，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，其中水污染嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活，工業(yè)廢水是水體主要的重金屬污染源，許多工業(yè)過程，如電鍍、制革、采礦、煉鋼、染色等，會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢水，如Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、As3+、Hg2+、Cr3+、Co2+和Co3+等，由于重金屬不能被生物所降解，重金屬離子的工業(yè)廢水進(jìn)入水體環(huán)境后，會(huì)引起水生生物中毒，并通過食物鏈在人體內(nèi)富集，威脅到人體的健康，因此重金屬在食物鏈中的過量富集會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成很大的危害。含重金屬離子廢水的治理一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)，處理重金屬離子廢水的方法很多，各自存在優(yōu)缺點(diǎn)，其中化學(xué)法處理電鍍含鋅廢水具有投資少、處理技術(shù)易掌握的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是消耗化工材料，產(chǎn)生的污泥不易排放；離子交換法處理量大，但樹脂易受污染，操作費(fèi)用高；吸附法雖吸附容量大，但吸附材料使用壽命短，須再生，操作費(fèi)用高。因此，國內(nèi)外學(xué)者都在探索和研究一種高效重金屬離子脫除方法。近年來的研究結(jié)果表明高效低廉化學(xué)處理藥劑的開發(fā)和使用，是解決重金屬廢水污染問題的良好途徑。
[0003]高吸水樹脂是一種經(jīng)適度交聯(lián)而具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，樹脂分子上含有大量的羥基、羧基、磺酸基和酰胺基，這些基團(tuán)對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的螯合作用。因此，高吸水性樹脂不僅可以用作吸水保水材料，還可以用作金屬離子的螯合劑，對(duì)重金屬離子進(jìn)行富集、分離和回收，高吸水樹脂作為重金屬離子吸附樹脂的研究逐漸引起人們的關(guān)注。Pourjavadi等制備的卡拉膠/聚丙烯酸鈉高吸水樹脂對(duì)硝酸銅溶液的吸附容量達(dá)1.27mmol/g，醋酸銅溶液的吸附容量達(dá)14.8mmol/g，醋酸鈷溶液的吸附容量達(dá)14.7mmol/g, Patel等采用微波輔助聚合制備的陽離子高吸水樹脂對(duì)Ni2+和Cu2+的吸附容量分別高達(dá)688.58 and 376.62 mg/g，Roy等采用PEGDA為交聯(lián)劑、氧化還原低溫聚合制備了聚丙烯酸高吸水樹脂，對(duì)Cr6+、Ni2+、Cu2+和Pb2+的吸附容量分別為41.1,58.2,43.1和81.2mg/g, Singh等采用水溶液聚合制備了聚丙烯酸/丙烯酰胺/腐植酸鈉高吸水樹脂，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cu2+初始濃度為320和1000 mg/L, Cu2+吸附容量分別為269 mg/L和299 mg/L。Bulut等制備的膨潤土復(fù)合高吸水樹脂對(duì)Pb2+、Ni2+、Cd2+和Cu2+的吸附容量分別為666.67,270.27、416.67和222.22mg/g, Guplu等制備了淀粉接枝聚丙烯酸/膨潤土復(fù)合高吸水樹脂，發(fā)現(xiàn)pH=4時(shí)對(duì)高吸水樹脂Cu2+和Pb2+的吸附容量最大，且Cu2+吸附容量高于Pb2+。謝建軍等利用水溶液聚合法制得聚 丙烯酸吸水樹脂對(duì)重金屬離子有很好的絡(luò)合性，一元金屬離子溶液中平衡吸液倍率為16(Tl90g/g，對(duì)單一的Pb2+的吸附容量最高可達(dá)187mg/g，平衡吸附量順序?yàn)?Pb2+>Cd2+>Ni2+>Cu2+>Zn2+>Mn2+>Cr3+。。何明等對(duì)丙烯酸一丙烯酰胺高吸水性樹脂在不同Cd2+濃度下的吸附性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)吸附容量隨Cd2+濃度增加先升高后降低，在Cd2+濃度為2-3mmol/L的范圍內(nèi)吸附容量最高為269.75mg/g。何明等對(duì)丙烯酸一丙烯酰胺高吸水性樹脂在不同Cd2+濃度下的吸附性能進(jìn)行了研究，吸附容量隨Cd2+濃度增加先升高后降低，在Cd2+濃度為2-3mmol/L的范圍內(nèi)吸附容量最高為269.75mg/g。王品等發(fā)現(xiàn)離子濃度越大，丙烯酰胺型高吸水樹脂對(duì)Cd2+、Cu2+和Ni2+的吸附量也越大，最大吸附量分別達(dá)到1.66 mmol/g、3.42 mmol/g和1.31 mmol/g。樹脂在3種重金屬離子的混合溶液中呈現(xiàn)一定的選擇性吸附，吸附量大小依次為Cu2+>Cd2+>Ni2+。3種樹脂吸附Cu2+后在I mol/L的HCl溶液中解吸附3 min時(shí)，解吸附率分別達(dá)到98.62%、98.45%和83.87%。謝建軍等以自制高嶺土 /木質(zhì)素磺酸鈉-g_丙烯酸-丙烯酰胺復(fù)合高吸水性樹脂(KLPAAM)為原料，考察了樹脂在重金屬離子鹽溶液中的吸液性能，發(fā)現(xiàn)金屬離子溶液濃度、PH值顯著影響KLPAAM復(fù)合高吸水樹脂的吸液性能。余響林等探討不同基團(tuán)樹脂對(duì)重金屬離子吸附性能的影響，發(fā)現(xiàn)二元樹脂對(duì)重金屬離子吸附效果最好，樹脂對(duì)單一重金屬離子吸附能力的大小順序?yàn)镃d2+>Cu2+>Ni2+>Pb2+，最大吸附容量依次為 331.80,182.82,165.79,23.89mg/g，其吸液性能依次為 Pb2+〉Ni2+〉Cu2+〉Cd2+。
[0004]為了降低高吸水樹脂的成本以及更好的構(gòu)建多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，近年來的研究主要由改性后的植物纖維素與各種聚合物單體進(jìn)行接枝共聚合成復(fù)合高吸水樹脂，因此秸桿復(fù)合高吸水樹脂逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。Xie等將小麥秸桿進(jìn)行堿預(yù)處理，然后與丙烯酸和凹凸棒石接枝共聚合成了含氮和硼的高吸水性樹脂，并研究了氮和硼的釋放特性。馮志鑫等用葵花秸桿髓與丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚得到的高吸水樹脂吸蒸餾水的倍率為293倍，吸自來水的倍率為154倍，吸生理鹽水的倍率為31倍，譚鳳芝等將玉米秸桿預(yù)處理后與丙烯酸接枝共聚制備高吸水性樹脂，吸水率最高達(dá)到291g/g，吸鹽水率達(dá)到49 g/g。王丹等利用麥秸桿、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)為原料，通過接枝共聚合成兩性高吸水性樹脂，吸蒸餾水達(dá)853g/g、吸生理鹽水為118g/g。郭焱等將小麥秸桿進(jìn)行堿蒸煮預(yù)處理，與丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚合成農(nóng)用高吸水性樹脂，吸收去離子水達(dá)412g/g,吸收w ( 復(fù)混肥)=0.1%的水溶液達(dá)到126g/g。劉維等用麥稻桿和玉米桿與丙烯酸接枝共聚制備高吸水性樹脂，其中麥秸桿制備的吸水性樹脂的吸水倍率接近200，而玉米桿制備的吸水性樹脂的吸水倍率接近150。付忠實(shí)等將玉米秸桿與丙烯酸及其鈉鹽進(jìn)行接枝共聚，初步摸索出了聚合反應(yīng)的最佳條件，制得了性能較好、價(jià)格低廉的產(chǎn)品。萬濤等將玉米秸桿預(yù)處理后與丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鈉進(jìn)行水溶液接枝共聚制備玉米秸桿復(fù)合高吸水性樹脂，發(fā)現(xiàn)當(dāng)秸桿含量為10%時(shí)，秸桿復(fù)合高吸水樹脂吸水10 min吸水率達(dá)到平衡吸水率的58%，吸水50 min秸桿復(fù)合高吸水樹脂吸水達(dá)到平衡，平衡吸水率近350 g /g。萬濤等將馬來酸酐改性秸桿與丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚制備的秸桿復(fù)合高吸水樹脂平衡吸水率和平衡吸鹽率可分別達(dá)到400~1000倍和30~80倍，吸水凝膠的凝膠強(qiáng)度達(dá)5~25Pa.s，吸水凝膠80~90°C干燥200min后的保水率為15~40%。
[0005]目前秸桿復(fù)合高吸水樹脂的制備方法主要是先對(duì)秸桿進(jìn)行糊化、酸、堿或酸酐處理，再與相應(yīng)功能單體反應(yīng)，主要研究秸桿復(fù)合高吸水樹脂的吸水、保水和吸鹽性能，而對(duì)重金屬離子吸附性能的應(yīng)用研究較少，目前國內(nèi)外還未見報(bào)道有關(guān)植酸改性秸桿重金屬離子吸附材料的制備及其對(duì)重金屬離子溶液的吸附應(yīng)用研究。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法。采用植酸接枝改性秸桿，利用植酸分子中6個(gè)磷酸基團(tuán)和秸桿分子鏈羥基的化學(xué)反應(yīng)，在秸桿分子鏈上引入植酸基團(tuán)，增強(qiáng)了改性秸桿與聚合物基體之間的氫鍵作用，提高了改性秸桿在高吸水樹脂基體的分散程度，與此同時(shí)植酸單元的陰離子磷酸基團(tuán)數(shù)目多，可作為絡(luò)合離子和陰離子與重金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合吸附和靜電吸附，進(jìn)一步提高農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的重金屬離子吸附性能。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的目的，提出了一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的方法，其特征有如下工藝步驟:
a)將秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌3~4次，放入烘箱60~80°C下烘干，粉碎，篩取100~200目的秸桿粉末，將秸桿粉末加入到N，N-二甲基甲酰胺中，置于超聲波清洗槽30~50°C超聲處理20~60分鐘，然后將植酸和尿素加入到上述體系中，升溫到50~90°C，反應(yīng)2~6h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌3~5次，60~80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性秸桿；秸桿粉末、植酸、尿素和N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為10~30:5~15:0.5 ~3:100 ；
b)將一定量固體NaOH溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)0.5~2h，衣康酸和NaOH的摩爾比為1:1~1.6;
c)向上述溶液中加入植酸改性秸桿、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮和交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至40~60°C，然后將氧化還原引發(fā)劑緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)3~5小時(shí)，得到農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料；衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮的質(zhì)量比為I~5:5~10:1~5 ;交聯(lián)劑占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的0.1~0.8% ;氧化還原引發(fā)劑占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的0.5%~2.0% ;植酸改性秸桿占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的5~30% ；
d)將合成的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌3~5次，丙酮浸泡8~24小時(shí)，60~80°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為100~1000mg/l的重金屬離子水溶液吸附容量達(dá)到50~800mg/g，室溫吸附50~150min達(dá)到吸附平衡。
[0008]本發(fā)明所使用的秸桿選自玉米秸桿、小麥秸桿、大豆秸桿、稻草秸桿、高梁秸桿和棉花稻桿。
[0009]本發(fā)明所使用的超聲波清洗槽頻率為20~80kHz、功率為300~3000W。
[0010]本發(fā)明所使用的交聯(lián)劑選自N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇雙丙烯酸酯、一縮乙二醇雙丙烯酸酯、二縮乙二醇雙丙烯酸酯、1，3-丙二醇雙丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和聚乙二醇雙丙烯酸酯。
[0011]本發(fā)明所使用的氧化還原引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑，氧化劑和還原劑的摩爾比為I~2:1。氧化劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉，還原劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵和甲醛合次亞硫酸鈉。
[0012]本發(fā)明所使用的金屬離子選自Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、Cr3+ 和 Cr6+。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是:
I)反應(yīng)直接在水溶液中進(jìn)行，無環(huán)境污染，方法簡便易行，無需氮?dú)獗Ｗo(hù)，因此省去了氮?dú)庋b置，降低了設(shè)備的投入費(fèi)用；
2)采用植酸接枝改性秸桿，利用植酸分子中6個(gè)磷酸基團(tuán)和秸桿分子鏈羥基的化學(xué)反應(yīng)，在秸桿分子鏈上引入植酸基團(tuán)，增強(qiáng)了改性秸桿與聚合物基體之間的氫鍵作用，提高了改性秸桿在高吸水樹脂基體的分散程度。與此同時(shí)植酸單元的陰離子磷酸基團(tuán)數(shù)目多，可作為絡(luò)合離子和陰離子與重金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合吸附和靜電吸附，提高農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料對(duì)重金屬離子的吸附性能；
3)通過在聚合物網(wǎng)絡(luò)引入對(duì)重金屬離子具有良好吸附和絡(luò)合作用的衣康酸單元、丙烯酰胺單元和乙烯基吡咯烷酮單元以及各吸附基團(tuán)的協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料對(duì)重金屬離子的吸附性能；
4)以農(nóng)作物秸桿這一天然材料制備農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料，具有生命周期鏈
短、廢棄后可自然降解等綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)，即充分利用了取之不盡的再生資源，又解決了秸桿
焚燒的環(huán)境污染源，對(duì)治理目前我國秸桿焚燒以及重金屬離子帶來的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作
物秸桿的綜合利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要，具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效.、
Mo
[0014]本發(fā)明所述的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的重金屬離子吸附速率、平衡吸附容量及脫除率測定方法如下。
[0015]將濃度為IOO-1OOOmg.L-1的重金屬離子水溶液和0.2g干燥、研細(xì)的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料放入250mL錐形瓶中，然后置于振蕩器中振蕩吸附，振蕩一定時(shí)間后取樣，采用原子吸收光譜儀測定樣品的吸光度，每個(gè)樣品測量3次取平均值，重金屬離子吸附量qt和平衡吸附容量qe分別按下式計(jì)算:
Qt (mg/g) = {^C0- Ct) V} /m(I)
Qe (mg/g) = {(C0- Ce) V} /m(2)
其中G、C；、和Ce分別為重金屬離子初始濃度、振蕩吸附一定時(shí)間重金屬離子濃度、重金屬離子吸附平衡濃度(mg.L-1)，K為溶液體積(L)，《為農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的質(zhì)量(g)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但是本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例1:
將棉花秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌4次，放入烘箱60°C下烘干，粉碎，篩取100目的棉花秸桿粉末，將50g棉花秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為50kHz、功率為500W超聲波清洗槽50°C超聲處理40分鐘，然后將IOg植酸和Ig尿素加入到上述體系中，升溫到70°C，反應(yīng)4h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌5次，60°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性棉花秸桿；將IOgNaOH溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將18g衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢?，反?yīng)Ih后加入12.5g植酸改性棉花秸桿、25g丙烯酰胺、7g乙烯基吡咯烷酮和0.05g 二縮乙二醇雙丙烯酸酯，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至60°C，然后將0.38g過硫酸鈉和0.15g硫代硫酸鈉緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)3小時(shí)后將合成的棉花秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌3次，丙酮浸泡8小時(shí)，60°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的棉花秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為400mg/l的Cd2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+ 和 Cr3+ 水溶液吸附容量達(dá)到 330mg/g、275mg/g、268 mg/g、245 mg/g 和220mg/g,室溫吸附80min左右達(dá)到吸附平衡。
[0018]實(shí)施例2:
將稻草秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌4次，放入烘箱70°C下烘干，粉碎，篩取100目的稻草秸桿粉末，將40g稻草秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為50kHz、功率為300W超聲波清洗槽50°C超聲處理40分鐘，然后將25g植酸和4.0g尿素加入到上述體系中，升溫到90°C，反應(yīng)2h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌3次，80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性稻草秸桿；將IOgNaOH溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將IOg衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢?，反?yīng)2h后加入7.5g植酸改性稻草秸桿、40g丙烯酰胺、5g乙烯基吡咯燒酮和0.23g聚乙二醇雙丙烯酸酯,充分?jǐn)嚢?0min,逐漸升溫至40°C，然后將0.21g過硫酸銨和0.07g亞硫酸氫鈉緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)5小時(shí)后將合成的稻草秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌5次，丙酮浸泡24小時(shí)，70°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的稻草秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為600mg/I 的 Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+和 Cr3+水溶液吸附容量達(dá)到 520mg/g、478mg/g、430mg/g、340mg/g和300mg/g，室溫吸附IOOmin左右達(dá)到吸附平衡。
[0019]實(shí)施例3:
將大豆秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌4次，放入烘箱80°C下烘干，粉碎，篩取100目的大豆秸桿粉末，將25g大豆秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為20kHz、功率為500W超聲波清洗槽30°C超聲處理60分鐘，然后將15g植酸和2.5g尿素加入到上述體系中，升溫到50°C，反應(yīng)6h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌5次，80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性大豆秸桿；將5gNa0H溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將15g衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)2h后加入2.4g植酸改性大豆秸桿、25g丙烯酰胺、Sg乙烯基吡咯烷酮和0.384g I, 3-丙二醇雙丙烯酸酯，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至55°C，然后將0.56g過硫酸銨和0.32g硫代硫酸鈉緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)4小時(shí)后將合成的大豆秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌5次，丙酮浸泡16小時(shí)，80°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的大豆重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為200mg/l的Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cr3+和 Cr6+離子水溶液吸附容量達(dá)到 172mg/g、158mg/g、148 mg/g、135 mg/g和 121mg/g,室溫吸附65min左右達(dá)到吸附平衡。
[0020]實(shí)施例4:
將高梁秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌4次，放入烘箱80°C下烘干，粉碎，篩取200目的高梁秸桿粉末，將30g高梁秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為80kHz、功率為3000W超聲波清洗槽50°C進(jìn)行超聲處理40分鐘，然后將20g植酸和3.5g尿素加入到上述體系中，升溫到90°C，反應(yīng)2h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌3次，80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性高梁秸桿；將8gNa0H溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將20g衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)0.5h后加入7.2g植酸改性高梁秸桿、20g丙烯酰胺、Sg乙烯基吡咯烷酮和0.192g —縮乙二醇雙丙烯酸酯，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至50 °C，然后將0.71g過硫酸鉀和0.25g亞硫酸氫鈉緩慢滴加到聚合體系中，弓丨發(fā)聚合反應(yīng)5小時(shí)后將合成的高梁秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌3次，丙酮浸泡10小時(shí)，80°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的高梁秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為1000mg/1 的 Pb2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+和 Mn2+水溶液吸附容量達(dá)到 780mg/g、735mg/g、680mg/g、645mg/g和602mg/g,室溫吸附150min左右達(dá)到吸附平衡。
[0021]實(shí)施例5:
將小麥秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌3次，放入烘箱80°C下烘干，粉碎，篩取100目的小麥秸桿粉末，將60g小麥秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為30kHz、功率為300W超聲波清洗槽30°C超聲處理60分鐘，然后將30g植酸和6g尿素加入到上述體系中，升溫到80°C，反應(yīng)3h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌5次，80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性小麥秸桿；將4.8gNa0H溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將15g衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)2h后加入9g植酸改性小麥秸桿、20g丙烯酰胺、IOg乙烯基吡咯烷酮和0.36g乙二醇雙丙烯酸酯，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至50°C，然后將0.33g過硫酸鈉和0.13g亞硫酸鈉緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)5小時(shí)后將合成的小麥秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌5次，丙酮浸泡20小時(shí)，80°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的小麥秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為800mg/l的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+ 和 Cr6+水溶液吸附容量達(dá)到 610mg/g、560mg/g、465mg/g、428mg/g 和 360mg/g,室溫吸附120min左右達(dá)到吸附平衡。
[0022]實(shí)施例6:
將玉米秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌4次，放入烘箱70°C下烘干，粉碎，篩取200目的玉米秸桿粉末，將20g玉米秸桿粉末加入到200g N, N- 二甲基甲酰胺中，置于頻率為50kHz、功率為500W的超聲波清洗槽50°C超聲處理20分鐘，然后將15g植酸和2g尿素加入到上述體系中，升溫到60°C，反應(yīng) 5h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌5次，70°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性玉米秸桿；將5gNa0H溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將IOg衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)2h后加入13.8g植酸改性玉米秸桿、30g丙烯酰胺、6g乙烯基吡咯烷酮和0.23g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至60°C，然后將0.46g過硫酸銨和0.15g亞硫酸氫鈉緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)5小時(shí)后將合成的玉米秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌5次，丙酮浸泡18小時(shí)，70°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的玉米秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為100mg/l的Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cr3+ 和 Cr6+ 離子水溶液吸附容量分別達(dá)到 93 mg/g、88 mg/g、83mg/g、65mg/g和50mg/g，室溫吸附50min左右達(dá)到吸附平衡。
【權(quán)利要求】
1.一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于有如下工藝步驟: a)將秸桿剪成碎片，用去離子水洗滌3~4次，放入烘箱60~80°C下烘干，粉碎，篩取100~200目的秸桿粉末，將秸桿粉末加入到N，N- 二甲基甲酰胺中，置于超聲波清洗槽30~50°C超聲處理20~60分鐘，然后將植酸和尿素加入到上述體系中，升溫到50~90°C，反應(yīng)2~6h后將產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾，乙醇洗滌3~5次，60~80°C烘箱中干燥，粉碎，得到植酸改性秸桿；秸桿粉末、植酸、尿素和N，N- 二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為10~30:5~15:0.5 ~3:100 ； b)將一定量固體NaOH溶解于250mL去離子水中，然后在冰浴中將衣康酸緩慢滴加到NaOH水溶液中，充分?jǐn)嚢?，反?yīng)0.5~2h，衣康酸和NaOH的摩爾比為1:1~1.6; c)向上述溶液中加入植酸改性秸桿、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮和交聯(lián)劑，充分?jǐn)嚢?0min，逐漸升溫至40~60°C，然后將氧化還原引發(fā)劑緩慢滴加到聚合體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)3~5小時(shí)，得到農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料；衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮的質(zhì)量比為I~5:5~10:1~5 ;交聯(lián)劑占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的0.1~0.8% ;氧化還原引發(fā)劑占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的0.5%~2.0% ;植酸改性秸桿占衣康酸、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮單體質(zhì)量總量的5~30% ； d)將合成的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料用乙醇洗滌3~5次，丙酮浸泡8~24小時(shí)，60~80°C烘干，粉碎即得顆粒狀、淺黃色的農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料，對(duì)初始濃度為100~1000mg/l的重金屬離子水溶液吸附容量達(dá)到50~800mg/g，室溫吸附50~150min達(dá)到吸附平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的秸桿選自玉米秸桿、小麥秸桿、大豆秸桿、稻草秸桿、高梁秸桿和棉花秸桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的超聲波清洗槽頻率為20~80kHz、功率為300~3000W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的交聯(lián)劑選自N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、乙二醇雙丙烯酸酯、一縮乙二醇雙丙烯酸酯、二縮乙二醇雙丙烯酸酯、1，3-丙二醇雙丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和聚乙二醇雙丙烯酸酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的氧化還原引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑，氧化劑和還原劑的摩爾比為I~2:1 ; 氧化劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉，還原劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵和甲醛合次亞硫酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)作物秸桿重金屬離子吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的重金屬離子選自 Cd2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、Cr3+ 和 Cr6+。
【文檔編號(hào)】C08H8/00GK103992446SQ201410160822
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】萬濤, 熊磊, 孫萌萌, 覃莉莉, 譚雪梅, 胡俊燕 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)