一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的 方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國水體突發(fā)性重金屬污染事件頻發(fā)，這不僅 對(duì)我們賴以生存的環(huán)境造成破壞和污染，而且嚴(yán)重威脅著人類的安全健康。目前能實(shí)際應(yīng) 用的應(yīng)急處置方法還很有限，主要采用混凝沉淀方法，該方法雖能使水體中的溶解態(tài)重金 屬含量達(dá)標(biāo)，但水體中重金屬的總量并未下降，而且還存在投資高、處置效率低、現(xiàn)場適用 性較差和極易引發(fā)二次污染等問題。采用吸附法去除水中污染物不需要添加其他藥劑，反 應(yīng)速度快，處理效率高，易于操作且適用性廣，比混凝沉淀法更有優(yōu)勢。
[0003] 目前在突發(fā)重金屬污染應(yīng)急吸附處置中，使用形態(tài)自由度大、應(yīng)用靈活和機(jī)械強(qiáng) 度好的纖維狀吸附材料已經(jīng)成為一種趨勢，但是存在著制備方法時(shí)間長和材料較難獲得或 價(jià)格昂貴等現(xiàn)實(shí)問題，因此，快速研發(fā)廉價(jià)高效的纖維狀吸附材料對(duì)突發(fā)重金屬污染的應(yīng) 急處置顯得尤為重要。
[0004] 黃麻纖維是一類數(shù)量豐富、來源廣泛、廉價(jià)易得的吸附原材料，含有豐富的纖維 素，機(jī)械強(qiáng)度高。我們可以通過化學(xué)接枝手段在黃麻纖維上引入一種或多種對(duì)重金屬離子 (如銅離子等）有很強(qiáng)吸附能力的絡(luò)合基團(tuán)（如羧基和氨基等)，達(dá)到快速高效去除重金屬的 目的。但是之前針對(duì)重金屬離子纖維吸附材料的研宄多選用較為昂貴的商用纖維(如聚丙 烯腈纖維的改性-中國專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01410120143.6)，或者即使選用廉價(jià)易得的農(nóng)林廢棄 物，但其改性周期相對(duì)較長(如農(nóng)作物秸桿的改性-中國專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01410160822.6 ;改 性纖維素的制備方法-中國專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01310483542. 4)，這些材料都在實(shí)際應(yīng)急工程中 難以實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決目前突發(fā)重金屬水污染應(yīng)急處置技術(shù)匱乏、處置材料難于回收或流阻大 難以施用等現(xiàn)實(shí)問題，本發(fā)明提供了一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法及 應(yīng)用。該方法可以快速制備應(yīng)急處置現(xiàn)場適用性強(qiáng)、環(huán)境友好型的纖維狀吸附材料，原料來 源廣泛、廉價(jià)易得，而且制備方法快速簡單、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，通過微波輻照用絡(luò)合基團(tuán)活性單 體對(duì)預(yù)處理后黃麻纖維表面進(jìn)行間接接枝反應(yīng)，【具體實(shí)施方式】步驟如下： 一、原纖維的預(yù)處理 先用沸水蒸煮黃麻纖維l〇~60min，然后用氫氧化鈉溶液浸泡上述黃麻纖維5~30min， 供干后保存。
[0007] 本步驟中，所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為1~30%。
[0008] 二、預(yù)處理纖維的微波快速改性 將步驟一預(yù)處理后的黃麻纖維、環(huán)氧氯丙烷加入到溶液中，在微波爐內(nèi)進(jìn)行前期醚化， 控制溫度在50~120°C，反應(yīng)5~15min后加入絡(luò)合基團(tuán)活性單體進(jìn)行氨化水浴加熱，控制黃 麻、環(huán)氧氯丙烷和多氨基化合物的質(zhì)量比為1:4~10:4~10，水浴溫度為在50~120°0，反應(yīng) l~5h后取出材料，清洗后將產(chǎn)物置于烘箱內(nèi)烘干至恒重，得到黃麻基改性吸附材料。
[0009] 本步驟中，所述絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多氨基化合物(如三乙烯四胺、乙二胺或二乙 烯三胺等)。當(dāng)絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多氨基化合物時(shí)，其與步驟一預(yù)處理后的黃麻纖維間接 接枝，先用環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行醚化，再接枝多氨基化合物。
[0010] 本步驟中，所述溶液可選用水、N，N-二甲基甲酰胺和吡啶等中一種。
[0011] 本步驟中，所述黃麻、環(huán)氧氯丙烷和多氨基化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為1:5~10:5。
[0012] 本步驟中，所述烘干溫度為70~100°C。
[0013] 上述方法制備的黃麻基改性吸附材料可用于突發(fā)重金屬污染和常規(guī)重金屬廢水 處理中，具體步驟如下： 在不改變初始銅離子溶液PH的條件下，室溫下對(duì)20~500mg/L的銅離子進(jìn)行靜態(tài)吸附， 20min內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡，其吸附容量為30~110mg/g。
[0014] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明在制備過程中采用微波輻照技術(shù)對(duì)基體進(jìn)行快速接枝改性制備絡(luò)合功能纖 維，充分利用了微波的非熱效應(yīng)和接枝穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在吸附容量為30~110mg/g的情況 下，20min內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡，更快速高效地完成化學(xué)接枝反應(yīng)，制備時(shí)間大大縮短，并且 操作簡單、方便易行。
[0015] 2、本發(fā)明選用的原料黃麻纖維來源廣泛，廉價(jià)易得，易于工業(yè)化。
[0016] 3、本發(fā)明選用絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多氨基化合物如三乙烯四胺、乙二胺和二乙烯 三胺等，使得纖維基體上具有氨基，二者具有協(xié)同作用，易與重金屬離子形成絡(luò)合物。
[0017] 4、本發(fā)明快速研制的黃麻基改性吸附材料機(jī)械強(qiáng)度高且保持纖維形狀，使用靈 活，便于回收利用，現(xiàn)場適用性更強(qiáng)。
[0018] 5、本發(fā)明為在突發(fā)重金屬水污染時(shí)能快速制備、快速投放、快速回收更換、流阻 小、傳質(zhì)吸附效果好等高效應(yīng)急處置需求提供了技術(shù)支撐。
[0019] 6、本發(fā)明的纖維素基改性吸附劑既可應(yīng)用于實(shí)際突發(fā)重金屬污染的吸附處理，也 可應(yīng)用于常規(guī)重金屬廢水的處理，其成果解決了影響重金屬水污染的處置效率及響應(yīng)速度 提高的瓶頸問題，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)意義。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù) 方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的保護(hù)范圍中。
[0021] 實(shí)施例1: 本實(shí)施例以黃麻纖維為吸附原材料，選擇銅離子作為目標(biāo)污染物，具體技術(shù)方案如 下： 一、先用沸水蒸煮原態(tài)黃麻30min，然后用20%氫氧化鈉浸泡，30min后用去離子水洗絳 至中性后置于烘箱下烘干。
[0022] 二、將步驟一預(yù)處理后的黃麻纖維、環(huán)氧氯丙烷加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液 中，在微波爐內(nèi)調(diào)節(jié)溫度至90°C，反應(yīng)5min后加入三乙烯四胺進(jìn)行水浴反應(yīng)，黃麻、環(huán)氧氯 丙烷和多氨基化合物的質(zhì)量比為1:10:5,水浴加熱Ih后取出材料，清洗后將產(chǎn)物置于80°C 下烘干至恒重，得到微波法制備的黃麻基改性吸附材料。
[0023] 醚化反應(yīng)方程式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于所述方法步驟如 下： 一、 原纖維的預(yù)處理 先用沸水蒸煮黃麻纖維l〇~60min，然后用氫氧化鈉溶液浸泡上述黃麻纖維5~30min， 供干后保存； 二、 預(yù)處理纖維的微波快速改性 將步驟一預(yù)處理后的黃麻纖維、環(huán)氧氯丙烷加入到溶液中，在微波爐內(nèi)進(jìn)行前期醚化， 控制溫度在50~120°C，反應(yīng)5~15min后加入絡(luò)合基團(tuán)活性單體進(jìn)行氨化水浴加熱，控制黃 麻、環(huán)氧氯丙烷和多氨基化合物的質(zhì)量比為1:4~10:4~10，水浴溫度為在50~120°0，反應(yīng) l~5h后取出材料，清洗后將產(chǎn)物置于烘箱內(nèi)烘干至恒重，得到黃麻基改性吸附材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于 所述步驟一中，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為1~30%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于 所述步驟二中，絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多氨基化合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于 所述多氨基化合物為三乙烯四胺、乙二胺或二乙烯三胺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于 所述步驟二中，溶液為水、N，N-二甲基甲酰胺和吡啶中一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特 征在于所述步驟二中，黃麻、環(huán)氧氯丙烷和多氨基化合物的質(zhì)量比優(yōu)選為1:5~10: 5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法，其特征在于 所述步驟二中，烘干溫度為70~100°C。
8. -種權(quán)利要求1所述方法制備的重金屬絡(luò)合纖維可用于突發(fā)重金屬污染和常規(guī)重 金屬廢水處理中。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種微波快速改性黃麻制備重金屬絡(luò)合纖維的方法及應(yīng)用。所述方法步驟如下：一、先用沸水蒸煮黃麻纖維，然后用氫氧化鈉溶液浸泡上述黃麻纖維，烘干后保存；二、將預(yù)處理后的黃麻纖維、環(huán)氧氯丙烷加入到溶液中，在微波爐內(nèi)進(jìn)行前期醚化，然后加入絡(luò)合基團(tuán)活性單體進(jìn)行氨化水浴加熱，反應(yīng)后取出材料，清洗后將產(chǎn)物置于烘箱內(nèi)烘干至恒重，得到黃麻基改性吸附材料，可用于突發(fā)重金屬污染和常規(guī)重金屬廢水處理中。本發(fā)明在制備過程中采用微波輻照技術(shù)對(duì)基體進(jìn)行快速接枝改性制備絡(luò)合功能纖維，充分利用了微波的非熱效應(yīng)和接枝穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠更快速高效地完成化學(xué)接枝反應(yīng)，制備時(shí)間大大縮短，并且操作簡單、方便易行。
【IPC分類】C02F1-62, C02F1-28, B01J20-30, B01J20-26
【公開號(hào)】CN104607157
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510013522
【發(fā)明人】鄭彤, 杜兆林, 馮玉明, 王鵬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日