一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法、產(chǎn)品及應用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法、產(chǎn)品及應用。本發(fā)明包括以下步驟：（1）將玉米芯去脂處理制成顆粒。（2）將顆粒加入水中攪拌，再加入硫酸亞鐵銨、雙氧水、丙烯酰胺、甲基丙烯酸，進行接枝共聚；最后與膠水混合壓制成中空管狀物；（3）將酞酸丁酯、無水乙醇，加入到水和冰醋酸的混合物中形成溶膠，再加入鉛源，得到透明溶膠，再將其制成凝膠，最后制成摻有鉛的二氧化鈦粉末；隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；（4）將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得產(chǎn)品。本發(fā)明制備的產(chǎn)品具有自身吸附重金屬離子、光催化分解有機物、材料廉價易得、可重復使用、可回收再利用等特點。
【專利說明】
一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法、產(chǎn)品及應用
技術領域
[0001]本發(fā)明具體涉及一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，屬于功能高分子材料的制備與改性領域?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著科學技術的快速發(fā)展，工業(yè)廢水和生活廢水的排放量越來越大，環(huán)境污染日益嚴重，人類健康受到了嚴重的威脅，如何消除重金屬的危害并有效地回收廢水中的重金屬是當今環(huán)境保護工作中面臨的一個非常突出的問題。
[0003]處理廢水中金屬離子的方法很多，其中吸附法是效果最好的方法之一。合理利用吸附劑處理廢水中的金屬離子不僅效果好、投資少、費用低、而且適應范圍廣、可回收有用金屬、不會產(chǎn)生二次污染以及吸附劑可重復使用等諸多優(yōu)點。在常用的吸附劑中，活性炭處理效果雖佳，但再生復雜，因此近些年來纖維素作為具有生物可降解、無污染的可再生資源受到人們的重視。[〇〇〇4]纖維素是自然界中含量豐富、易生物降、可再生大分子材料，是制備各種功能聚合物材料的良好原材料。由于其表面含有大量的活性羥基，在環(huán)境保護方面將纖維素及其衍生物用于污水處理的絮凝劑、吸附劑等得到了廣泛研究。本實驗中的玉米芯含有大量纖維素與半纖維素，其表面的活性基團為采用引發(fā)劑引發(fā)進行接枝聚合提供了基本條件。接枝改性玉米芯吸附性能研究中提到，改性后的玉米芯對Cr3+具有更好的吸附效果。玉米芯的表面有很多活性官能團，如羥基、羧基和氨基等，這些官能團可以與重金屬離子成鍵或絡合， 是重金屬離子的主要吸附位，因此玉米芯可以對廢水中的重金屬離子進行吸附去除。而接枝改性通過接枝共聚方法使玉米芯大分子鏈上的活性基團數(shù)增多，使玉米芯的吸附性能大大增強。因此采用接枝共聚的方法對玉米芯進行改性是一種可行的方法。本實驗中以丙烯酰胺與甲基丙烯酸為混合單體，硫酸亞鐵胺-過氧化氫氧化還原體系為引發(fā)劑，在水介質(zhì)中合成了接枝改性玉米芯，在相關文獻的表征中我們可以得到:丙烯酰胺與甲基丙烯酸能夠成功接枝到玉米芯大分子上，在接枝反應后，玉米芯仍具有良好的熱穩(wěn)定性，且對重金屬 Cr3+的吸附性能明顯高于未接枝改性的玉米芯。
[0005]另一方面，大量的研究顯示，Ti02化學性質(zhì)穩(wěn)定，催化性能優(yōu)良，無毒廉價，在紫外光照射下，能將有機污染物降解為〇)2和出0,是一種極其優(yōu)良的光催化劑。但目前仍存在一定不足，限制了其廣泛應用。Ti02僅在紫外光下存在催化活性而紫外光在太陽光中只占極少比例，導致其對太陽光以及其他可見光源利用率極低，且實際生產(chǎn)中紫外光源能耗極大。 針對上述問題，我們提出摻雜不同類型的元素，引發(fā)Ti02催化活性發(fā)生紅移至可見光區(qū)域， 提升可見光下的光催化能力，從而為Ti02光催化技術在治理日趨嚴重的污水問題方面提供一定的指導。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術不足而提出的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，其特點是將多種凈水材料結合，玉米芯作為主要材料，然后通過接枝改性使其具有更好的吸附效果，再涂上光催化劑獲得具有多功能的新型凈水材料。
[0007]本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn):一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，洗去可溶物質(zhì)，烘干，再在提取器中，用乙醇和苯混合溶液抽提進行去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，得顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水，攪拌，然后加熱至65?85°C，加入硫酸亞鐵銨與雙氧水，再加入丙烯酰胺與甲基丙烯酸，進行接枝共聚;反應結束后，洗滌烘干， 然后用丙酮抽提，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物中不斷攪拌形成溶膠，稱取鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在140?160 °C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠進行干燥至結晶，然后碾成粉末，煅燒，即得摻有鉛的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。
[0008]具體地，所述步驟(1)中顆粒的粒徑為75?85目。
[0009]具體地，所述步驟(3)中摻有鉛的二氧化鈦粉末是采用浸涂法附著在中空管狀物表面。
[0010]具體地，所述中空管狀物為可拆合型。
[0011]具體地，所述步驟(1)中乙醇和苯的體積比為1:1.5?2.5。[0〇12]具體地，所述步驟(2)中硫酸亞鐵銨的加入量是顆粒質(zhì)量的0.06?0.1倍;雙氧水的加入量是顆粒質(zhì)量的0.09?0.12倍;丙烯酰胺的加入量是顆粒質(zhì)量的3?5倍；甲基丙烯酸的加入量是顆粒質(zhì)量的1.5?2.5倍。[0〇13] 具體地，所述步驟(3)中酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.6?0.85:1;水與冰醋酸的體積比為0.2?0.4:1。[〇〇14]具體地，所述鉛源為硝酸鉛。
[0015]值得說明的是，本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備的納米二氧化鈦，比表面積高，催化活性強。摻入鉛元素使得光催化所需能量較少，效率較高；另外，采用溶膠凝膠法，鉛元素不會再次污染水體;采用浸涂法，使得摻雜二氧化鈦均勻的附著在中空管狀物表面。
[0016]本發(fā)明的制備方法制得的光催化新型凈水材料。
[0017]光催化新型凈水材料在污水排放管道、河堤攔壩及各種水流通道上的應用。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:(1)本發(fā)明所制備的光催化新型凈水材料具有自身吸附重金屬離子、光催化分解有機物、材料廉價易得、可重復使用、可回收再利用等特點。
[0019](2)本發(fā)明所制備的光催化新型凈水材料完全取代傳統(tǒng)吸附重金屬離子材料及處理有機污水材料，經(jīng)濟效益顯著?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0021]實施例1一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，用水洗去可溶物質(zhì)，在恒溫干燥箱(60°C左右)中烘干，再在提取器中，用體積比為1:2的乙醇和苯的混合溶液抽提8小時，進行去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，選取粒徑為80目左右的顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水(每克顆粒加入200ml水)，攪拌十分鐘，然后加熱至70°C，加入硫酸亞鐵銨(顆粒與硫酸亞鐵銨的質(zhì)量比為1:0.08)與雙氧水(顆粒與雙氧水的質(zhì)量比為1:0.102)，再加入丙烯酰胺(顆粒與丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:4)與甲基丙烯酸(顆粒與甲基丙烯酸的質(zhì)量比為1:2)，進行接枝共聚；2小時后停止反應，洗滌烘干，然后用丙酮抽提24小時，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物(該中空管狀物封閉且有一定厚度)，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇(酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.75:1)中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物(水與冰醋酸的體積比為0.3:1)中不斷攪拌形成溶膠，稱取硝酸鉛作為鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在150°C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠放入恒溫干燥箱中干燥至結晶，將結晶碾成粉末，再在馬弗爐中煅燒2小時，即得摻有鉛的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。
[0022]值得說明的是，中空管狀物為可拆合型，便于更換竹活性炭。[〇〇23] 實施例2一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，用水洗去可溶物質(zhì)，在恒溫干燥箱(60°C左右)中烘干，再在提取器中，用體積比為1:1.7的乙醇和苯的混合溶液抽提8小時，進行去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，選取粒徑為82目左右的顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水(每克顆粒加入200ml水)，攪拌十分鐘，然后加熱至75°C，加入硫酸亞鐵銨(顆粒與硫酸亞鐵銨的質(zhì)量比為1:0.09)與雙氧水(顆粒與雙氧水的質(zhì)量比為1:0.095)，再加入丙烯酰胺(顆粒與丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:3.5)與甲基丙烯酸(顆粒與甲基丙烯酸的質(zhì)量比為1:2.2)，進行接枝共聚;2小時后停止反應，洗滌烘干，然后用丙酮抽提24小時，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物(該中空管狀物封閉且有一定厚度)，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇(酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.8:1)中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物(水與冰醋酸的體積比為0.35:1)中不斷攪拌形成溶膠，稱取硝酸鉛作為鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在155°C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠放入恒溫干燥箱中干燥至結晶，將結晶碾成粉末，再在馬弗爐中煅燒2小時，即得摻有鉛的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。
[0024]值得說明的是，中空管狀物為可拆合型，便于更換竹活性炭。[〇〇25] 實施例3一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，用水洗去可溶物質(zhì)，在恒溫干燥箱(60°C左右)中烘干，再在提取器中，用體積比為1:2.2的乙醇和苯的混合溶液抽提8小時，進行去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，選取粒徑為78目左右的顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水(每克顆粒加入200ml水)，攪拌十分鐘，然后加熱至80 °C，加入硫酸亞鐵銨(顆粒與硫酸亞鐵銨的質(zhì)量比為1:0.07)與雙氧水(顆粒與雙氧水的質(zhì)量比為1:0.11)，再加入丙烯酰胺(顆粒與丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:4.5)與甲基丙烯酸(顆粒與甲基丙烯酸的質(zhì)量比為1:1.8)，進行接枝共聚;2小時后停止反應，洗滌烘干，然后用丙酮抽提24小時，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物(該中空管狀物封閉且有一定厚度)，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇(酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.65:1)中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物(水與冰醋酸的體積比為0.25:1)中不斷攪拌形成溶膠， 稱取硝酸鉛作為鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在150°C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠放入恒溫干燥箱中干燥至結晶，將結晶碾成粉末，再在馬弗爐中煅燒2小時，即得摻有鉛的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。
[0026]值得說明的是，中空管狀物為可拆合型，便于更換竹活性炭。[〇〇27] 實施例4一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，用水洗去可溶物質(zhì)，在恒溫干燥箱(60°C左右)中烘干，再在提取器中，用體積比為1:21的乙醇和苯的混合溶液抽提8小時，進行去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，選取粒徑為80目左右的顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水(每克顆粒加入200ml水)，攪拌十分鐘，然后加熱至70°C，加入硫酸亞鐵銨(顆粒與硫酸亞鐵銨的質(zhì)量比為1:0.085)與雙氧水 (顆粒與雙氧水的質(zhì)量比為1:0.109)，再加入丙烯酰胺(顆粒與丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:3.8) 與甲基丙烯酸(顆粒與甲基丙烯酸的質(zhì)量比為1:2.1)，進行接枝共聚;2小時后停止反應，洗滌烘干，然后用丙酮抽提24小時，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物(該中空管狀物封閉且有一定厚度)，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇(酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.77:1)中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物(水與冰醋酸的體積比為0.29:1)中不斷攪拌形成溶膠，稱取硝酸鉛作為鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在150°C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠放入恒溫干燥箱中干燥至結晶，將結晶碾成粉末，再在馬弗爐中煅燒2小時，即得摻有鉛的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。
[0028]值得說明的是，中空管狀物為可拆合型，便于更換竹活性炭。
[0029]另外，值得說明的是本發(fā)明可在污水排放管道、河堤攔壩及各種水流通道上的應用，且效果極佳。
[0030]應當說明的是，以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍中。
【主權項】
1.一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟:(1)將玉米芯粉碎，洗去可溶物質(zhì)，烘干，再在提取器中，用乙醇和苯混合溶液抽提進行 去脂處理，然后用乙醇進行洗滌，干燥，過篩，得顆粒；(2)將經(jīng)過預處理的顆粒置于氬氣體系中加入水，攪拌，然后加熱至65?85°C，加入硫 酸亞鐵銨與雙氧水，再加入丙烯酰胺與甲基丙烯酸，進行接枝共聚;反應結束后，洗滌烘干， 然后用丙酮抽提，接著烘干，再與膠水混合壓制成中空管狀物，烘干備用；(3)將酞酸丁酯緩慢倒入無水乙醇中，攪拌均勻，加入到水和冰醋酸的混合物中不斷攪 拌形成溶膠，稱取鉛源并加到配好的溶膠中，得到透明溶膠后，放入反應釜中，在140?160 °C的條件下反應，得到凝膠;隨后將凝膠進行干燥至結晶，然后碾成粉末，煅燒，即得摻有鉛 的二氧化鈦粉末;隨后將摻有鉛的二氧化鈦粉末附著在中空管狀物表面；(4)將竹活性炭加入到中空管狀物的空腔內(nèi)，即得環(huán)保凈水材料。2.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中顆粒的粒徑為75?85目。3.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中摻有鉛的二氧化鈦粉末是采用浸涂法附著在中空 管狀物表面。4.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述中空管狀物為可拆合型。5.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中乙醇和苯的體積比為1:1.5?2.5。6.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中硫酸亞鐵銨的加入量是顆粒質(zhì)量的0.06?0.1倍； 雙氧水的加入量是顆粒質(zhì)量的0.09?0.12倍;丙稀酰胺的加入量是顆粒質(zhì)量的3?5倍；甲 基丙稀酸的加入量是顆粒質(zhì)量的1.5?2.5倍。7.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中酞酸丁酯與無水乙醇的體積比為0.6?0.85:1;水 與冰醋酸的體積比為0.2?0.4:1。8.根據(jù)權利要求1所述的一種竹活性炭與接枝改性玉米芯復合的光催化新型凈水材料 的制備方法，其特征在于，所述鉛源為硝酸鉛。9.一種光催化新型凈水材料，其特征在于，由權利要求1?8中任一項所述的制備方法 制得的光催化新型凈水材料。10.權利要求9所述的光催化新型凈水材料在污水排放管道、河堤攔壩及各種水流通道 上的應用。
【文檔編號】C02F1/28GK105944671SQ201610336854
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】王繼亮, 劉怡軒, 王文瑩, 蔣美妤, 邢偉, 楊柳, 倪念芳, 倪念英, 倪玉英
【申請人】四川梅塞爾科技有限公司