[發明專利]一種聚谷氨酸纖維布及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210476528.7
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102962038A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 汪正華;吳自榮;黃靜;朱蓓霖;張利;韋云萍;張金龍
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及一種聚谷氨酸纖維布及其制備方法和在廢水處理中的應用，屬于吸附材料分離工藝技術領域。

背景技術

環境中水體污染主要由重金屬離子所造成，這些重金屬離子主要來自電鍍、采礦、冶金、化工、印染等工業，具有潛在的危害性。特別是汞、鉻、鎘、鉛等重金屬具有生物毒性，微量濃度即可產生毒性。

目前主要采用化學法對含金屬離子的廢水進行處理，如氫氧化物沉淀法、蒸發濃縮法、離子交換法等。但化學法仍有許多不足，如離子交換法中離子交換樹脂的交換容量有限，飽和后就不能再吸附金屬離子，且化學吸附劑不具備生物可降解性等。

γ聚谷氨酸作為一種由微生物合成的氨基酸聚合物，是一種水溶性的可生物降解的高分子材料，其結構上存在游離的帶負電荷的羧基，能夠吸附帶正電荷的重金屬離子。但是，由于γ聚谷氨酸自身具有很強的水溶性，難以單獨作為吸附重金屬的材料。

發明內容

本發明針對現有技術的上述缺陷，提出了一種新型聚谷氨酸纖維布及其制備方法，以及利用本發明聚谷氨酸纖維布處理含有重金屬離子工業廢水的應用。本發明實現了將γ-聚谷氨酸制備為絮凝劑，不僅克服了化學處理法中化學吸附劑不具備生物可降解性、容易對環境造成污染等缺點，而且在投資、運行、操作管理和金屬回收、水回用等方面均優于現有的治理方法。

本發明的目的是提供一種可用于重金屬離子廢水處理的離子交換復合材料。本發明提出了一種聚谷氨酸纖維布，其包括聚谷氨酸和纖維布；其中，所述聚谷氨酸纖維布由所述纖維布經環氧化作用后與所述聚谷氨酸經物理碾壓粘連而成。其中，所述纖維布包括全棉纖維布、滌棉纖維布或尼龍纖維布之任意一種或任意組合。所述聚谷氨酸的分子量為5～1000kD。

本發明的另一目的是提供上述聚谷氨酸纖維布的制備方法，包括以下步驟：

第一步：取聚谷氨酸鈉鹽溶于環氧氯丙烷溶液中，充分攪拌溶解。

第二步：將纖維布浸漬于第一步制備的溶液中。

第三步：取出第二步制備的帶有聚谷氨酸的纖維布，進行物理碾壓。

第四步：將第三步制備的連有聚谷氨酸的纖維布置于60-80℃條件下烘干。

第五步：將第四步制備的所述連有聚谷氨酸的纖維布置于100～150℃條件下烘焙，使纖維布和聚谷氨酸連接更緊密，得到所述聚谷氨酸纖維布。

其中，本發明制備方法進一步包括，在所述第三步之后，重復進行第二步和第三步。

其中，第一步中聚谷氨酸的分子量為5～1000kD；環氧氯丙烷溶液的濃度為1％(v/v)；第一步中所述聚谷氨酸鈉鹽在所述環氧氯丙烷溶液中的濃度為0.05～5％(w/v)。

其中，所述浸漬的時間為30～180min。

本發明的另一目的是提供上述聚谷氨酸纖維布在廢水處理中的應用。本發明聚谷氨酸纖維布用于處理廢水中的重金屬離子，包括Cu²⁺、Cr³⁺和/或Ni²⁺。

本發明的聚谷氨酸纖維布對多種金屬離子具有吸附作用，具有用量少、吸附容量大、易于回收再利用、綠色環保等特點，適于處理含有金屬離子的廢水。

本發明所采用的纖維布廉價易得、抗張力強、易于化學改性、具有良好的加工性能。

本發明的制備原理如下所示：

其中：

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆中的任意一個或一個以上為CH₂OCHCH₂-；

K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆中的任意一個或一個以上為n為正整數。

本發明利用環氧氯丙烷(ECH)分子結構中含有的活潑的環氧基將聚谷氨酸和纖維布連接起來，并通過物理碾壓使纖維布與聚谷氨酸發生接枝反應，得到含大量羧基、氨酰基的聚谷氨酸纖維布，拓展了纖維材料在吸附領域的應用。

本發明中，利用聚谷氨酸纖維布中的聚谷氨酸中帶負電的羧基基團與金屬離子所發生的離子交換，實現對廢水中重金屬離子的吸附、富集和回收。本發明制備工藝簡單、成本低廉，易于推廣，在環境保護及工業廢水處理上有廣泛的應用前景，具有十分重要的工業應用價值。

具體實施方式