本發(fā)明涉及一種生物磁性吸附劑的制備方法，特別涉及一種三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備方法及對鈾（Ⅵ）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)：
核能是當(dāng)今世界解決能源短缺的重要途徑，然而隨著核工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的含鈾放射性廢水越來越多。另外，在鈾礦的開采、冶煉和提純的過程中，往往伴隨著大量含鈾廢水的產(chǎn)生，這些廢水中的鈾元素同時(shí)具有化學(xué)毒性和放射性，如果不加處理即排入周邊環(huán)境中將會(huì)對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害，因此對含鈾廢水的處理一直備受關(guān)注。
傳統(tǒng)的處理含鈾廢水的方法主要有蒸發(fā)濃縮法、離子交換法、混凝沉淀法、氧化還原法等，但這些傳統(tǒng)方法存在工藝流程冗長復(fù)雜且成本較高等缺點(diǎn)。 而運(yùn)用生物吸附材料處理放射性廢水的生物吸附法，因其具有材料來源廣泛，吸附速度快，選擇性好，pH 值和溫度范圍寬，且沒有二次污染物等優(yōu)點(diǎn)，在處理含鈾元素的放射性廢水領(lǐng)域中日益受到目前，國內(nèi)外已有一些研究表明， 細(xì)菌、真菌、藻類和無機(jī)吸附材料等對鈾具有一定富集作用，但吸附處理效果不是很理想。也有少數(shù)研究者將農(nóng)林廢棄物用于鈾的吸附處理的結(jié)果顯示，處理成本低、二次污染少、易再生利用、回收鈾的可能性大。
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。
亞麻是人類最早使用的天然植物纖維，距今已有1萬年以上的歷史。亞麻是純天然纖維，由于亞麻纖維柔軟、強(qiáng)韌、有光澤、耐磨、吸水性小、散水快，纖維吸濕后膨脹率大,能使紡織品組織緊密,不易透水，是優(yōu)良的紡織原料。其具有吸汗、透氣性良好和對人體無害等顯著特點(diǎn)，越來越被人類所重視。利用亞麻這種天然可再生資源，開發(fā)環(huán)境友好型產(chǎn)品和技術(shù)，有利于減少環(huán)境污染，將成為可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。亞麻是一年生的草本植物，是最寶貴的生態(tài)資源之一，是一種可再生資源。目前全國亞麻的種植面積達(dá)300多萬畝，長纖維的產(chǎn)量一般在60kg/畝左右，亞麻作為紡織纖維具有一系列優(yōu)良性能，是十分珍貴的紡織纖維原料。但在紡織過程中有2%左右的短纖維是廢棄物，這些廢棄物不能充分的利用是亞麻資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也使企業(yè)所在地的環(huán)境受到污染。充分利用好這些短纖維既可以減少環(huán)境污染也可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，利用這些短纖維合成新型吸附劑用于水體中染料的吸附，使這種吸附劑具有天然、綠色、可生物降解的特點(diǎn)。
國外對亞麻化學(xué)改性和吸附性能也有研究，M. Cox等研究了用亞麻改性制備活性炭對貴金屬吸附，其吸附容量為1.708 mg/g（M. Cox，Sorption of precious metals onto chemically prepared carbon from flax shive. Hydrometallurgy,78(2005),137-144）。李小敏，HNO3修飾的亞麻廢料吸附劑對鋅離子吸附性的研究。伊犁師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（1），45-48. 其吸附容量為0.324mmol /g。采用亞麻化學(xué)改性獲取的水體系中金屬離子的吸附劑的吸附量較小，而且受吸附體系的pH影響比較大，申請?zhí)枮椋?01110276212.9的專利中公開了一種巰基亞麻的制備方法及應(yīng)用，巰基亞麻對Cd2+的吸附容量可高達(dá)282mg/g，最高吸附率可達(dá)99.6%，對Pb2+的最大吸附量為519mg/g, 對Cu2+的最大吸附量為160mg/g，采用亞麻改性制備的吸附對鈾吸附報(bào)道未見。
本申請將天然高分子的麻纖維磁化后，采用三聚氰胺改性磁性麻作為吸附劑吸附分離鈾，使其即具有磁性吸附劑的特性，又具有天然高分子特性，同時(shí)還具有特殊活性基團(tuán)的選擇性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供一種三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備方法，獲取的一種三聚氰胺改性磁性麻吸附劑對水體系中鈾的進(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)。
一種三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備方法，其特征在于，該方法具有以下工藝步驟：
（1）麻預(yù)處理：將原麻按固液比為1g∶20~25mL浸泡在1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，室溫浸泡8~10 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)處理麻；
（2）氧化麻制備：在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入，濃硫酸：25~30%，去離子水：50~60%，攪拌均勻，冷至室溫，過硫酸鉀：3~7%，混勻，再加入預(yù)處理麻：10~18%，各組分之和為百分之百，室溫浸泡4 h，再煮沸10min，冷卻后用去離子水洗滌至中性，固液分離，干燥，得到氧化麻；
（3）磁性麻制備：在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入，乙醇：52~60%，納米Fe3O4磁性微粒：4~8%，三聚磷酸鈉：1.0~4.0%，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：20~26%，超聲分散成懸濁液，加入氧化麻：8~15%，各組分之和為百分之百，溫度升至60±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)3~5h，反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，固液分離，洗滌，干燥，得到磁性麻；
（4）三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入，去離子水：72~80%，三聚氰胺：6~12%，加熱溶解，磁性麻：12~20%，各組分之和為百分之百，于70±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)4~6h，冷卻后，分別用水、乙醇洗滌、固液分離，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附劑。
在步驟（1）所述的原麻為亞麻為紡織廠廢棄的短纖維亞麻或者廢舊麻繩或麻袋，用水洗凈，干燥，粉碎，過篩，粒徑在120~140目之間。
在步驟（3）所述的納米Fe3O4磁性微粒的粒徑要小于120nm。
本發(fā)明的另一目的是提供三聚氰胺改性磁性麻吸附劑對水體系中對鈾的吸附，特點(diǎn)為：將制備好的三聚氰胺改性磁性麻吸附劑用去離子水浸泡1~2h，按靜態(tài)法吸附。
將制備好的三聚氰胺改性磁性麻吸附劑用去離子水浸泡1~2h，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)明獲得的三聚氰胺改性磁性麻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，對鈾最大吸附容量達(dá)68.15 mg/g，耐磨可反復(fù)使用次數(shù)可達(dá)8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)明獲得的三聚氰胺改性磁性麻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)應(yīng)用到水環(huán)境中的流失問題，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，密度小等優(yōu)點(diǎn)。
（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）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）麻預(yù)處理：將100g原麻浸泡在2200mL的1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，室溫浸泡9 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)處理麻；
（2）氧化麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，濃硫酸：75mL，去離子水：270mL，攪拌均勻，冷至室溫，過硫酸鉀：25g，混勻，再加入預(yù)處理麻：60g，室溫浸泡4 h，再煮沸10min，冷卻后用去離子水洗滌至中性，固液分離，干燥，得到氧化麻；
（3）磁性麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：270mL，納米Fe3O4磁性微粒：24g，三聚磷酸鈉：8g，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：85mL，超聲分散成懸濁液，加入氧化麻：56g，溫度升至60±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，固液分離，洗滌，干燥，得到磁性麻；
（4）三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，去離子水：150mL，三聚氰胺：16g，加熱溶解，磁性麻：34g，于70±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)5h，冷卻后，分別用水、乙醇洗滌、固液分離，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附劑。
實(shí)施例2
（1）麻預(yù)處理：將100g原麻浸泡在2000mL的1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，室溫浸泡8 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)處理麻；
（2）氧化麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，濃硫酸：82mL，去離子水：250mL，攪拌均勻，冷至室溫，過硫酸鉀：15g，混勻，再加入預(yù)處理麻：85g，室溫浸泡4 h，再煮沸10min，冷卻后用去離子水洗滌至中性，固液分離，干燥，得到氧化麻；
（3）磁性麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：330mL，納米Fe3O4磁性微粒：40g，三聚磷酸鈉：5g，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：110mL，超聲分散成懸濁液，加入氧化麻：75g，溫度升至60±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，固液分離，洗滌，干燥，得到磁性麻；
（4）三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，去離子水：142mL，三聚氰胺：20g，加熱溶解，磁性麻：36g，于70±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)4h，冷卻后，分別用水、乙醇洗滌、固液分離，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附劑。
實(shí)施例3
（1）麻預(yù)處理：將100g原麻浸泡在2500mL的1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，室溫浸泡10 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)處理麻；
（2）氧化麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，濃硫酸：68mL，去離子水：300mL，攪拌均勻，冷至室溫，過硫酸鉀：20g，混勻，再加入預(yù)處理麻：55g，室溫浸泡4 h，再煮沸10min，冷卻后用去離子水洗滌至中性，固液分離，干燥，得到氧化麻；
（3）磁性麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：360mL，納米Fe3O4磁性微粒：20g，三聚磷酸鈉：20g，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：120mL，超聲分散成懸濁液，加入氧化麻：40g，溫度升至60±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，固液分離，洗滌，干燥，得到磁性麻；
（4）三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，去離子水：160mL，三聚氰胺：12g，加熱溶解，磁性麻：28g，于70±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)6h，冷卻后，分別用水、乙醇洗滌、固液分離，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附劑。
實(shí)施例4
（1）麻預(yù)處理：將50g原麻浸泡在1000mL的1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，室溫浸泡9 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)處理麻；
（2）氧化麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，濃硫酸：30mL，去離子水：110mL，攪拌均勻，冷至室溫，過硫酸鉀：14g，混勻，再加入預(yù)處理麻：28g，室溫浸泡4h，再煮沸10min，冷卻后用去離子水洗滌至中性，固液分離，干燥，得到氧化麻；
（3）磁性麻制備：在反應(yīng)器中，分別加入，乙醇：75mL，納米Fe3O4磁性微粒：4g，三聚磷酸鈉：4g，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：26mL，超聲分散成懸濁液，加入氧化麻：15g，溫度升至60±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)4.5h，反應(yīng)結(jié)束后，冷至室溫，固液分離，洗滌，干燥，得到磁性麻；
（4）三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的制備：在反應(yīng)器中，分別加入，去離子水：76mL，三聚氰胺：12g，加熱溶解，磁性麻：12g，于70±2℃恒溫、攪拌、回流反應(yīng)5h，冷卻后，分別用水、乙醇洗滌、固液分離，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附劑。
實(shí)施例5
稱取0.10g三聚氰胺改性磁性麻吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中浸泡1~2h，過濾洗滌后，加入100mL濃度為400mg/L鈾（Ⅵ）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2~4h，取上清液，用分光光度法測定鈾的濃度，根據(jù)吸附前后水中鈾的濃度差，計(jì)算出三聚氰胺改性磁性麻吸附劑的吸附容量，本發(fā)明所制得的三聚氰胺改性磁性麻吸附劑對鈾的吸附pH值在4.0~8.0范圍內(nèi)吸附劑對鈾的吸附容量最大而且穩(wěn)定，在室溫下震蕩吸附2h，鈾基本吸附完全，鈾的吸附容量可達(dá)68.15 mg/g。
實(shí)施例6
稱取1.0g三聚氰胺改性磁性麻吸附劑置于250mL具塞錐形瓶中浸泡1~2h，過濾洗滌后，加入100mL濃度為200mg/L鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液中，以稀酸或堿調(diào)節(jié)體系的pH值為7.0，在室溫下震蕩吸附4h，取上清液，用分光光度法測定鈾的濃度，根據(jù)吸附前后水中鈾的濃度差，計(jì)算出三聚氰胺改性磁性麻吸附劑對鈾的去除率，本發(fā)明所制得的三聚氰胺改性磁性麻吸附劑對鈾的去除率都在94.12%以上，最高可達(dá)98%。