[發明專利]一種用于吸附鉻酸根材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310266259.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103342787A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 杜瑞奎;安富強;高保嬌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F8/44;B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F101/22
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及一種用于吸附鉻酸根材料的制備方法。

背景技術

重金屬離子具有高度的毒性，但又難于生物降解，且又容易通過食物鏈在生物體中積累，隨著全球工業化進程的推進，重金屬離子對水質的污染已對人類的生存及水環境生態平衡造成了極大的威脅，相關的分離技術與材料急待發展。因此，從水介質中去除重金屬離子是環境保護與治理的重大課題。

重金屬鉻對土壤與水體的污染引起了人們極大的關注，它主要來自電鍍、制革、冶金、化工及采礦等行業的廢水及廢棄物。鉻通常以六價和三價兩種形式存在，其中，六價鉻（金屬陰離子）對人體的毒性很大，其毒性是三價鉻毒性的500倍，已被確定為具有嚴重致癌作用的重金屬物種。目前，水介質中Cr（Ⅵ）的存在，嚴重威脅著人體的健康。美國環境保護署（EPA）規定應用飲用水和工業排放水中鉻酸根的最大允許量分別為50和200μg/L，世界衛生組織（WHO）也推薦這一標準。研究者們已采用多種方法致力于水介質中鉻酸根的去除，比如化學沉淀法、化學還原法、離子交換法、膜分離法、電凝法、反滲透法、吸附法等。諸種方法相比，吸附法由于操作運行簡便、成本低、去除效率高、吸附劑還可再生與循環使用，因此，是一種行之有效的方法，被廣泛采用。目前所使用的吸附劑有黏土、沸石、活性炭、聚合物樹脂、生物質等材料。現有的這些吸附劑對介質的pH值非常敏感、依賴性強，尤其在堿性溶液中，對鉻酸根離子的吸附容量極低。

因此為了促進吸附法發展，有必要研究制備一種吸附容量高、選擇性好、成本低、綠色環保性強的高性能固體吸附劑。

發明內容

本發明是為了解決現有鉻酸根吸附劑存在的對介質的pH值依賴性強，在堿性溶液中吸附容量極低的問題，而提供了一種用于吸附鉻酸根材料的制備方法。

本發明的發明思路是，先采用表面引發接枝聚合法，將含叔胺鏈節的大分子聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）高效地接枝于微米級硅膠微粒表面，然后通過大分子反應法對接枝微粒PDMAEMA/SiO₂進行了季銨化（Quaternization）改性，使其轉變為接枝有陽離子聚電解質的接枝微粒QPDMAEMA/SiO₂，憑借強靜電相互作用，微粒QPDMAEMA/SiO₂對鉻酸根離子可產生很強的吸附作用。

本發明是通過以上技術方案實現的：

一種用于吸附鉻酸根材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）表面改性的硅膠微粒：

將10-15g活化硅膠加入到100-150ml水溶劑中，并加入10-15ml的γ-氨丙基三甲氧基硅烷（AMPS），在50℃下反應20-24h，抽濾后的產物用乙醇反復洗滌，真空干燥，制得表面改性的硅膠微粒AMPS-SiO₂；

（2）硅膠微粒表面化學接枝聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯DMAEMA：

在裝有電動攪拌器、回流冷凝管及溫度計的四口燒瓶中，加入1.5-1.6?g的表面改性的硅膠微粒AMPS-SiO₂，再加入80?-85mL?水和15-16?mL單體DMAEMA，通氮氣30?min，排除反應體系中的空氣，然后將體系溫度升至35℃，向體系中加入20?mL溶有0.150-0.155?g過硫酸銨的水溶液，于35℃的恒溫與攪拌條件下進行DMAEMA的表面引發接枝聚合，6?h后結束反應，抽濾，收集產物微粒，在索氏抽提器中用甲醇抽提24?h，以除去物理吸附在接枝微粒表面的均聚物，真空干燥至恒重，即在硅膠微粒表面化學接枝聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯DMAEMA，得到接枝微粒PDMAEMA/SiO₂；

（3）接枝微粒PDMAEMA/SiO₂的季銨化轉變：

在裝有電動攪拌器、回流冷凝管及溫度計的四口燒瓶中，加入1-1.2?g的接枝微粒PDMAEMA/SiO₂，再加入50-55?mL環氧氯丙烷，恒溫于60℃，使接枝大分子PDMAEMA的叔胺基團與環氧氯丙烷之間的季銨化反應進行3?h，反應結束后，過濾，收集產物微粒，用丙酮多次洗滌，真空干燥至恒重，即得已發生季銨化轉變的功能微粒QPDMAEMA/SiO2。

進一步地，所述的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯DMAEMA由氨基丙烯酸酯代替。

所述季銨化試劑為環氧氯丙烷由一氯乙烷代替。