本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)：

中國(guó)是世界上竹子資源最豐富的國(guó)家。竹子種類、竹林面積和竹資源蓄積量均居世界之首，素有“竹子王國(guó)”之稱。據(jù)有關(guān)資料表明，全世界竹林總面積約1400萬(wàn)公頃，種類超過(guò)850種。中國(guó)竹子種類已知有500余種，竹林面積379萬(wàn)公頃。分別占世界竹子種類的近60％、占世界竹林面積的27％。竹子資源作為中國(guó)森林資源的組成部分，在林業(yè)發(fā)展和建設(shè)中有著十分重要的作用。近年來(lái)，竹炭的研究已經(jīng)成為竹材研究領(lǐng)域中的一個(gè)新熱點(diǎn)。竹炭是竹材在高溫下熱解后的固體產(chǎn)物，由于其發(fā)達(dá)的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因此具有很強(qiáng)的吸附能力。竹炭的吸附性能已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、電子、化妝品、材料、保健品、食品、建筑裝潢、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。目前，利用竹炭的吸附性能已開(kāi)發(fā)出環(huán)境調(diào)濕材料、保健產(chǎn)品、美容美膚材料、土壤改良材料等。但是，通過(guò)高溫?zé)峤獾玫降闹裉康奈叫阅茉谝欢ǔ潭壬先匀淮嬖诰窒扌?，例如竹炭粉末不易成型，比表面積較大的竹炭粉飛灰嚴(yán)重，易被吸入或造成二次污染，同時(shí)吸附后回收處理工藝復(fù)雜。因此，必須通過(guò)某些途徑對(duì)竹炭進(jìn)行改進(jìn)和利用，發(fā)揮出竹炭的吸附性能。染料廢水特點(diǎn)為堿性強(qiáng)、有機(jī)物濃度高、色度高、無(wú)機(jī)鹽含量高、成分復(fù)雜、可生化性差、脫色困難等特點(diǎn)，且含有多種具有生物毒性或致癌、致畸形、致突變性能的有機(jī)物，難以采用常規(guī)方法進(jìn)行治理。

綜上所述，吸附劑一般要具備以下特點(diǎn)：大的比表面、適宜的孔結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)；對(duì)吸附質(zhì)有強(qiáng)烈的吸附能力；一般不與吸附質(zhì)和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；制造方便、容易再生；有極好的吸附性和機(jī)械性特性。該技術(shù)領(lǐng)域目前存在的問(wèn)題是：當(dāng)前吸附劑市場(chǎng)仍以活性炭類吸附劑為主流，以通用廣譜類吸附劑為主，專屬吸附劑品種不多。活性類是一種廣譜類吸附劑，其生產(chǎn)和活化成本相對(duì)較高，吸附性能低于高分子聚合物類吸附劑，活性炭吸附性能與成本的性價(jià)比較低。聚丙烯酸類聚合物由于其較好的吸附性能，已在農(nóng)業(yè)保水劑、生活衛(wèi)生用品、園林栽培等方面應(yīng)用。竹炭是竹林資源綜合利用的重要方面，竹炭的吸附性能與其保健功能已受到人們的廣泛關(guān)注。竹炭作為吸附劑使用時(shí)，多以不規(guī)則塊狀和粉末狀使用，粉狀竹炭比表面積較大但不易成型且粉飛灰嚴(yán)重，易被吸入或造成二次污染，同時(shí)吸附后回收處理工藝復(fù)雜。因此，將竹炭與聚丙烯鈉進(jìn)行復(fù)合，發(fā)揮其協(xié)同吸附效能，同時(shí)兼顧成本控制。該類吸附劑特點(diǎn)顯著，可用于吸附各類陽(yáng)離子型吸附質(zhì)，例如陽(yáng)離子型染料、金屬離子、有機(jī)陽(yáng)離子等，可作為專屬吸附劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料及制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料，所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)由竹炭、聚丙烯酸鈉、引發(fā)劑和交聯(lián)劑組成；

竹炭在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以為反應(yīng)物總質(zhì)量3.0％～20.0％；聚丙烯酸鈉在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量75.0％～95.0％；聚丙烯酸鈉由丙烯酸與氫氧化鈉中和后聚合得到，中和度控制為40.0％～80.0％；引發(fā)劑過(guò)硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.5％～2.0％；交聯(lián)劑n-n’亞甲基雙丙烯酰銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.10％～0.40％；

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料的制備方法，所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一，竹炭預(yù)處理所用試劑為鹽酸、氫氧化鉀、不同價(jià)態(tài)鹽處理，通常以1:10的固液比攪拌處理1.0h，過(guò)濾洗凈后干燥備用；

步驟二，在制備時(shí)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，依次將竹炭粉、丙烯酸鈉、交聯(lián)劑、引發(fā)劑加入四口燒瓶中攪拌，發(fā)生聚合反應(yīng)；

步驟三，反應(yīng)結(jié)束后，將制備的材料烘干、粉粹、過(guò)篩，即得到一定顆粒大小的復(fù)合材料。

進(jìn)一步，所述聚合反應(yīng)條件為：溫度60℃～80℃、時(shí)間2.0h～4.0h。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料制備的吸附染料廢水材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料制備的吸附有害污染物材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料制備的吸附藥物分子材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料制備的吸附氨氮材料。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：利用水溶液聚合法，以丙烯酸鈉、竹炭粉(改性竹炭粉)為原料，過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，n，n-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，制備了一種可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料。結(jié)果表明，本發(fā)明的復(fù)合材料對(duì)染料亞甲基藍(lán)具有較好的吸附效果，與聚丙酸鈉復(fù)合后，對(duì)母液濃度為2400mg/l的亞甲基藍(lán)溶液吸附達(dá)2190mg/g。通過(guò)對(duì)吸附行為的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合吸附材料吸附過(guò)程受熱力學(xué)影響比較顯著，隨溫度身高吸附量增加；且該復(fù)合吸附材料具有快速吸附亞甲基藍(lán)染料的特點(diǎn)，當(dāng)吸附時(shí)間為10～30min時(shí)，其吸附量已為其飽和吸附量的近90.0％；該復(fù)合材料吸附方式以化學(xué)吸附為主。從上述研究結(jié)果可以看出，在該發(fā)明中，將竹炭與聚丙烯酸鈉進(jìn)行復(fù)合，能夠發(fā)揮出協(xié)同吸附效果，制備了一種可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料，為竹炭資源的綜合利用和有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合吸附劑的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了途徑。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)：竹炭在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以為反應(yīng)物總質(zhì)量(不含水，以下同)3.0％～20.0％；聚丙烯酸鈉在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量75.0％～95.0％；聚丙烯酸鈉由丙烯酸與氫氧化鈉中和后聚合得到，中和度控制為40.0％～80.0％；引發(fā)劑過(guò)硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.5％～2.0％；交聯(lián)劑n-n’亞甲基雙丙烯酰銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.10％～0.40％；

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的可用于吸附染料的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

s101：竹炭預(yù)處理所用試劑為一定濃度的鹽酸(酸處理)、氫氧化鉀(堿處理)、不同價(jià)態(tài)鹽處理，通常以1:10的固液比攪拌處理1.0h，過(guò)濾洗凈后干燥備用；

s102：在制備時(shí)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，依次將一定量的竹炭粉、丙烯酸鈉、交聯(lián)劑、引發(fā)劑加入四口燒瓶中攪拌，發(fā)生聚合反應(yīng)；

s103：反應(yīng)結(jié)束后，將制備的材料烘干、粉粹、過(guò)篩，即得到一定顆粒大小的復(fù)合材料，可用于吸附染料性能的測(cè)試。

聚合反應(yīng)條件的控制為：溫度60℃～80℃、時(shí)間2.0h～4.0h。

本發(fā)明利用預(yù)處理過(guò)的竹炭粉為原料，加入經(jīng)氫氧化鈉中和的丙烯酸鈉，然后以n-n’亞甲基雙丙烯酰銨(mba)為交聯(lián)劑，并以過(guò)硫酸銨(aps)為引發(fā)劑，在親水性的環(huán)境中，制備出了一種竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料。并通過(guò)改變不同改性的竹炭在復(fù)合材料中的含量、丙烯酸中和度、交聯(lián)劑含量、染料初始濃度、吸附染料時(shí)間與溫度等影響因素，探討其對(duì)該復(fù)合材料對(duì)復(fù)合材料吸水、吸亞甲基藍(lán)染料性能的影響。

1、通過(guò)紅外表征和sem分析，證明竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料被成功制備，且該復(fù)合材料是一種多孔、復(fù)合均勻的材料。

2、隨著竹炭用量從0wt％到20wt％，復(fù)合材料的吸蒸餾水倍率由170.58g/g先上升到436.44g/g，后逐步降低到138.37g/g，整個(gè)曲線呈現(xiàn)拋物線形式。說(shuō)明竹炭的引入對(duì)吸附材料吸水性能有改善作用，能夠提高其對(duì)蒸餾水的吸附性能。原因在于加入竹炭后與聚丙烯酸鈉形成了更加規(guī)整的三維結(jié)構(gòu)，竹炭含量的增加有助于形成這樣的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)竹炭含量過(guò)大時(shí)，三維結(jié)構(gòu)被過(guò)多的竹炭堵塞，不利于提高復(fù)合材料的吸附性能。

3、隨著交聯(lián)劑mba含量的增加，該復(fù)合材料吸附亞甲基藍(lán)倍率變化不大；而吸水性能先升高后降低。這是由于染料分子的電荷性質(zhì)所決定的，從亞甲基染料的結(jié)構(gòu)式可以看出，亞甲基藍(lán)為陽(yáng)離子型染料，而復(fù)合吸附材料的聚合物網(wǎng)絡(luò)中存在大量coo－，因此與亞甲基藍(lán)染料分子發(fā)生靜電吸附。實(shí)驗(yàn)中，該復(fù)合材料在陰離子型染料剛果紅溶液中時(shí)幾乎不發(fā)生吸附，與剛果紅染料分子發(fā)生靜電排斥，也驗(yàn)證了這一結(jié)果。

4、通過(guò)對(duì)復(fù)合材料吸附亞甲基藍(lán)溶液性能測(cè)試可以得出，本發(fā)明中制備的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合材料對(duì)陽(yáng)離子型染料亞甲基藍(lán)有較好的吸附作用。

當(dāng)在復(fù)合材料中引入以fecl3鹽溶液改性的竹炭粉且含量為10wt％、丙烯酸中和度為80.0％時(shí)，制備的復(fù)合吸附材料性能良好，對(duì)母液濃度為2400mg/l的亞甲基藍(lán)溶液吸附達(dá)2190mg/g。通過(guò)對(duì)吸附行為的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合吸附材料吸附過(guò)程受熱力學(xué)影響比較顯著，隨溫度身高吸附量增加；且該復(fù)合吸附材料具有快速吸附亞甲基藍(lán)染料的特點(diǎn)，當(dāng)吸附時(shí)間為10～30min時(shí)，其吸附量已為其飽和吸附量的近90.0％；該復(fù)合材料吸附方式以化學(xué)吸附為主。

5、從竹炭預(yù)處理試劑對(duì)吸附染料效果來(lái)看，三價(jià)鹽處理(alcl3、fecl3)＞酸處理＞堿處理。

目前，對(duì)本發(fā)明中提及的竹炭/聚丙烯酸鈉復(fù)合吸附材料暫無(wú)研究和專利報(bào)道，故本技術(shù)發(fā)明有一定的創(chuàng)新價(jià)值。該類吸附材料還有望在吸附染料廢水等有毒、有害污染物、吸附藥物分子、吸附氨氮等領(lǐng)域進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。