[發明專利]一種具有寬pH使用范圍的重金屬離子吸附纖維的制備及應用

有效

• 申請號: 201310586459.X
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103551129A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 魏俊富;李永花;孔志云;趙孔銀;劉娜娜;張越
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01J20/28;B01J39/20;B01J39/18;C02F1/42;C02F1/62;D06M14/28;D06M14/30;D06M13/368;G01N33/44;G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能材料和環境工程領域，特別適用于pH在1～12范圍內吸附重金屬離子的吸附材料的制備及對水中重金屬離子的快速吸附。

背景技術

近年來，隨著全球工業化的不斷深入和社會經濟的不斷發展，重金屬得到越來越廣泛的應用，其使用種類、數量也呈指數增長。重金屬在環境中既不生物降解也不熱解，而是通過食物鏈進入人體，在人體的器官中富集，從而導致慢性中毒，危害人體健康。鉛對神經系統、消化系統和造血系統等都有毒害作用，鎘易造成骨質疏松、骨痛、骨萎縮變形等疾病，具有“三致”作用。因此，降低和除去水中的重金屬已經變得刻不容緩。

目前，水中重金屬離子的去除方法主要包括化學沉降法、膜分離法、電化學還原法、離子交換樹脂法、活性炭吸附法等?；瘜W沉降法需耗費沉淀劑，而且沉降物需進一步分離；膜分離法需要采用高壓反滲透或納濾技術，設備及操作費用很高；電化學還原法的能耗過高。離子交換樹脂法和活性炭吸附法吸附容量大、成本較低、操作簡單，廣泛地應用于含重金屬離子污水處理，但是樹脂的多孔結構導致吸附和解吸速度慢，顆粒狀不適用于開闊水域使用。安富強等人將5-氨基水楊酸接枝到聚甲基丙烯酸縮水甘油酯大分子鏈上，制備了一種新型螯合吸附材料，采用靜態法研究了其對重金屬離子Cu(II)、Cd(II)、Zn(II)、Pb(II)的吸附性能【An?F，Gao?B，Dai?X，et?al.Efficient?removal?of?heavy?metal?ions?from?aqueous?solution?using?salicylic?acid?type?chelate?adsorbent[J].Journal?ofhazardous?materials，2011，192(3)：956-962.】，其缺點是吸附速率慢，達到吸附平衡需要兩個多小時；其次，吸附劑結構中含有酯鍵，結構不穩定，pH對吸附的影響較大，最適合的在5左右，強酸和強堿條件下對吸附均不利。

離子交換纖維是繼離子交換樹脂后發展起來的一類纖維狀高效吸附功能材料，是功能高分子領域的一個重要分支，與常規使用的離子交換樹脂不同，離子交換纖維具有良好的耐熱性和化學穩定性，比表面積大，官能團全部位于纖維表面，有效官能團多，傳質距離短，吸附速率快。專利號201310129912.4提供了一種纖維素接枝丙烯酸共聚物的制備方法，是以水為溶劑，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，偶氮二異丁腈為引發劑，以纖維素為基體，丙烯酸鈉及N-乙烯基吡咯烷酮為共聚單體，采用溶液聚合法進行共聚而得，并用來吸附脫除廢水中的重金屬離子和亞甲基藍等有機陽離子染料。但其使用過程中，pH對吸附的影響較大，必須在偏中性(pH＝5～7)的環境下進行，而目前大部分的廢水偏酸性或堿性，況且所用材料是天然纖維小麥秸稈，耐腐蝕性差，強度低，這些因素都極大地限制了它的使用范圍。而人工合成的纖維具有優良的柔韌性和機械強度，可以做成各種形狀，使用方便，以人工合成的纖維代替天然纖維作為離子交換纖維骨架，從根本上解決了上述問題。

針對現有技術pH對吸附有較大的影響，吸附速率慢，樹脂的多孔結構導致吸附和解吸速度慢、顆粒狀不適用于開闊水域使用，天然纖維的耐腐蝕性差、強度低等問題，本發明擬解決的技術問題是提供一種具有寬pH使用范圍的重金屬離子吸附纖維的制備及應用，其特征是與現有的離子交換樹脂相比，該纖維吸附重金屬離子時，pH幾乎對吸附無影響，即pH的使用范圍較寬；其吸附速度快，在3min之內即可達到吸附平衡；纖維可以做成各種形狀，使用方便，便于回收利用，故在處理金屬冶煉和石油化工廢水中具有廣泛的應用前景，尤其適用于開闊水域重金屬離子的吸附。

發明內容

本發明提供了一種具有寬pH使用范圍的重金屬離子吸附纖維的制備及應用，其特征是步驟如下：

a)高能電子束輻照接枝含雙鍵的羧酸

將纖維基材放入體積百分數為5％～60％的單體水溶液中，加入質量百分數為0.2％～3.5％的阻聚劑硫酸亞鐵銨，體積分數為0.1％～2.0％的濃硫酸作催化劑，溶劑是乙醇和水的混合物，體積比為1：8～1：2，通入氮氣作保護，按10～120KGy的輻照劑量，用高能電子束輻照接枝，取出洗凈，得到接枝羧酸的纖維基材；

b)水楊酸修飾制備重金屬離子吸附纖維