一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法，以腈綸廢絲為原料,二甲基甲酰胺和分散劑溶液分別為溶劑和非溶劑,通過相轉(zhuǎn)換法制得聚丙烯腈珠體,再采用微波輻射法對珠體進行改性,制得一種多功能球形螯合吸附劑SPDA。該方法制得的聚丙烯腈球形螯合吸附劑具有原料易得、成本低、機械強度大、吸附條件溫和、效果好等優(yōu)點,有利于腈綸廢絲這一二次資源的資源化利用,并實現(xiàn)變“廢”為“寶”,為此具有廣闊的應(yīng)用價值和前景。
【專利說明】一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備方法，特指一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著當(dāng)今腈綸產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大并趨于成熟，腈綸廢絲的產(chǎn)生量也隨之不斷 增加。腈綸廢絲的主要成分為聚丙烯腈（PAN)，其分子結(jié)構(gòu)的特點決定了腈綸廢絲既不能 解聚，也不能熱壓成型，且在燃燒時會釋放出大量的氫氰酸，故不能作為燃料使用。因 此，對其的回收及資源化利用日益得到廣大學(xué)者的關(guān)注。
[0003]PAN纖維是合成纖維中最適宜改性的基體纖維之一，基體PAN纖維上的氰基（一 C=N)具有較強的功能改性潛力，可用于制備多種離子交換纖維。而在實際應(yīng)用中，與纖 維狀吸附劑相比，球形吸附劑不僅具有良好的通透性能、水力學(xué)性能、機械性能等眾多優(yōu) 點，且可與流體均勻接觸，流體通過吸附層時阻力小，可滿足固定床、流動床等床式吸附 處理的需要，便于在大規(guī)模的工業(yè)中應(yīng)用。螯合吸附劑憑借其良好的螯合能力，已成為重 金屬離子分離與回收方面重要的吸附劑。咪唑及其衍生物已應(yīng)用于水溶液中金屬離子的分 離。因此，以腈綸廢絲為原料來制備一種新型球形螯合吸附劑，具有得天獨厚的優(yōu)勢，此 方面在國內(nèi)外鮮見報道。
[0004] 與傳統(tǒng)的聚合改性方法相比，微波輻射法以其操作方便、迅速、均勻、高效節(jié)能、 清潔、高產(chǎn)率和產(chǎn)品易純化等優(yōu)點引起了化學(xué)工作者的高度重視，并成功地用于多種有機 反應(yīng)和高分子合成中。但是，在微波輻射條件下制備聚丙烯腈球形螯合吸附劑的研究則很 少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下方法制備： (1)聚丙烯腈珠體的制備： 將腈綸廢絲與N，N-二甲基甲酰胺按一定比例進行溶解，然后利用加壓噴射器將溶 解液噴射到一定質(zhì)量分數(shù)的分散劑溶液中，磁力攪拌，固化成球后用篩網(wǎng)濾出，水洗后晾 干，即可得到球形聚丙烯腈珠體。
[0007] (2)聚丙烯腈螯合吸附劑（SPDA)的制備 在三口燒瓶中，加入5g(干基）的球形聚丙烯腈珠體、二乙烯二胺、乙二醇和適量的 硫脲，攪拌均勻，蓋上帶有導(dǎo)管的瓶塞。將燒瓶置于微波反應(yīng)裝置中，于適當(dāng)?shù)奈⒉üβ?下反應(yīng)一段時間，反應(yīng)完畢后取出，用篩網(wǎng)過濾，水洗、過濾，用〇.5mol/L的鹽酸溶液浸 泡至中性，水洗后晾干，即得含酰胺基和咪唑基等多種官能團的球形聚丙烯腈螯合吸附劑 sroA。
[0008] 上述步驟（2)的微波輸出功率為：80W?800W;微波反應(yīng)時間為：200S?320S;二乙烯 二胺用量為：5.1:1?9:1;硫脲用量為 ：2%?18%;乙二醇用量為：1:5?7:5。
[0009] 優(yōu)選得，上述步驟（2)的微波輸出功率為：640W;微波反應(yīng)時間為：300S;二乙烯二 胺用量為：7:1;硫脲用量為：14%;乙二醇用量為：7:5。
[0010] 本發(fā)明的一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法，以腈綸廢絲為原料， 使腈綸廢絲得到回收和利用，避免造成環(huán)境負擔(dān)和污染。整個制備工藝簡單，產(chǎn)品性能好， 適宜于產(chǎn)業(yè)化，有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為聚丙烯腈珠體的環(huán)境掃描電鏡照片； 圖2為實施例六制備的SPDA的環(huán)境掃描電鏡照片； 圖3為聚丙烯腈珠體及SPDA的紅外光譜圖； 圖4為實施例六制備的SPDA的TGA曲線。

【具體實施方式】
[0012] 下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明，但是本發(fā)明并 不限于這些實施例。
[0013] 實施例一： 微波輸出功率為：80W;微波反應(yīng)時間為：260S;二乙烯二胺用量為：5. 5 :1;硫脲用量 為：10%;乙二醇用量為：1:5。
[0014] 實施例二： 微波輸出功率為：400W;微波反應(yīng)時間為：200S;二乙烯二胺用量為：8 :1 ;硫脲用量 為：2%;乙二醇用量為：5:5。
[0015] 實施例三： 微波輸出功率為：640W;微波反應(yīng)時間為：260S;二乙烯二胺用量為：7 :1 ;硫脲用量 為：6%;乙二醇用量為：3:5。
[0016] 實施例四： 微波輸出功率為：800W;微波反應(yīng)時間為：320S;二乙烯二胺用量為：9 :1;硫脲用量 為：18%;乙二醇用量為：7:5。
[0017] 實施例五： 微波輸出功率為：240W;微波反應(yīng)時間為：220S;二乙烯二胺用量為：6. 1 :1;硫脲用量 為：6%;乙二醇用量為：3:5。
[0018] 實施例六： 微波輸出功率為：640W;微波反應(yīng)時間為：300S;二乙烯二胺用量為：7:1;硫脲用量 為：14%;乙二醇用量為：7:5。
[0019] 為了確定本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人通過大量的實驗研究，以實施例六所制備 的該多功能球形螯合吸附劑為例，通過下述具體的實驗驗證了其性能與效果，具體如下： 1.掃描電鏡（SEM)分析 聚丙烯腈珠體和多功能球形螯合吸附劑（SPDA)的表面和剖面結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。
[0020]SPDA的含水率為42. 8%，由亞甲基藍吸附法測得SPDA的比表面積為148. 9m2/g， 相較于聚丙烯腈珠體的32. 6m2/g有了很大的提高。
[0021] 由圖1和圖2可見，珠體和SPDA的球形度均較好，SPDA的表面較珠體更為粗 糙，內(nèi)部剖面的孔隙結(jié)構(gòu)更為疏松，從而提高了聚丙烯腈吸附劑的比表面積，從形態(tài)上表 征了改性的效果。 2.FT-IR分析 圖3為聚丙烯腈珠體及SPDA的紅外光譜圖。
[0022] 由紅外光譜圖對比分析，發(fā)現(xiàn)原先3456. 5cm_l處吸收峰位移至3419. 8cm_l 處，即發(fā)生紅移，這可能是由于改性后SPDA中的-0H基團增多所致；同時，SPDA在紅外 光譜2242. 9CHT1處一C 吸收峰強度明顯減弱；且出現(xiàn)了芳香環(huán)的振動吸收峰，于 1609. 5CHT1處出現(xiàn)C-N較強特征吸收峰，1282. 6CHT1處出現(xiàn)芳胺C-N特征吸收峰，這說明SPDA中存在咪唑基團。
[0023] 3.熱穩(wěn)定性分析 圖4為SPDA的TGA曲線圖。由圖4可知，SPDA的起始分解溫度在300°C左右；在700°C時PAN基本完全分解，殘余質(zhì)量為16%左右。在300°C之前的質(zhì)量損失是吸附劑中所含水 分的失去所致；隨溫度的升高，吸附劑質(zhì)量損失越來越明顯，這是分子內(nèi)環(huán)化或分子間氧 化、脫氫等反應(yīng)生成HCN、C0、C02所致。
[0024] 綜上可知，SPDA具有良好熱穩(wěn)定性。
[0025] 4?吸附劑性能 以腈綸廢絲為原料，采用微波輻射法制得的聚丙烯腈球形螯合吸附劑SPDA應(yīng)用于模 擬Cr(VI)廢水的處理，采用靜態(tài)吸附法研究其對Cr(VI)的吸附效果。結(jié)果表明，在pH 值為4，Cr(VI)的初始質(zhì)量濃度為120mg/L，吸附時間為2h，吸附溫度為30°C的條件下， 其去除率達到96. 2%，平衡吸附容量可達38. 5mg/g。
【權(quán)利要求】
1. 一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 聚丙烯腈珠體的制備： 將腈綸廢絲與N，N -二甲基甲酰胺按一定比例進行溶解，然后利用加壓噴射器將溶 解液噴射到一定質(zhì)量分數(shù)的分散劑溶液中，磁力攪拌，固化成球后用篩網(wǎng)濾出，水洗后晾 干，即可得到球形聚丙烯腈珠體； (2) 聚丙烯腈螯合吸附劑（SPDA)的制備 在三口燒瓶中，加入5g(干基）的球形聚丙烯腈珠體、二乙烯二胺、乙二醇和適量的 硫脲，攪拌均勻，蓋上帶有導(dǎo)管的瓶塞；將燒瓶置于微波反應(yīng)裝置中，于適當(dāng)?shù)奈⒉üβ?下反應(yīng)一段時間，反應(yīng)完畢后取出，用篩網(wǎng)過濾，水洗、過濾，用〇.5mol/L的鹽酸溶液浸 泡至中性，水洗后晾干，即得含酰胺基和咪唑基等多種官能團的球形聚丙烯腈螯合吸附劑 sroA。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法，其特征在 于，步驟（2)的微波輸出功率為：80W?800W;微波反應(yīng)時間為：200S?320S ;二乙烯二胺用量 為：5.1:1?9:1;硫脲用量為：2%?18% ;乙二醇用量為：1:5?7:5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能球形螯合吸附劑的微波輻射制備方法，其特征在 于，步驟（2)的微波輸出功率為：640W ;微波反應(yīng)時間為：300S ;二乙烯二胺用量為：7:1 ;硫 脲用量為：14% ;乙二醇用量為：7:5。
【文檔編號】C08J3/28GK104368321SQ201410716932
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】張滿錦 申請人:張滿錦