[發明專利]一種黃土顆粒接枝共聚物吸附劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710162897.1
• 申請日: 2017-03-18
• 公開（公告）號: CN106905496A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 王榮民;汪倩倩;李虹;何玉鳳
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F226/10;C08F222/06;C08F222/38;C08F222/14;C08F220/32;B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/38
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙)62201
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明涉及一種黃土基吸附劑，尤其是一種生物相容性良好的黃土顆粒接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物（即環境友好黃土顆粒接枝共聚物）吸附劑的制備，主要用于含鉛離子和染料廢水的處理，屬于高分子材料與水處理技術領域。

背景技術

隨著工業化程度的提高，環境污染也越來越嚴重，尤其是水體污染日益加重。當今世界，人類可飲用水的量仍然緊缺。研究表明，水體中存有700多種污染物，其中大部分污染物有毒、有致癌性，甚至有一些能在環境中長時間存留，既不能生物降解，又不能進行生物轉換。環境中的重金屬污染具有持久性、隱蔽性、毒性大、不易被微生物降解等缺點，并可通過生物富集作用破壞生態平衡，甚至可通過化學和生物作用與環境中的其他有機物結合，形成毒性更強的有機金屬。有毒有機污染物有農藥、多核芳烴（多環芳烴）、多氯聯苯、多溴二苯醚（多溴二苯醚）、增塑劑、酚類化合物等，有毒金屬有砷、鉛、鉻、汞、鎘等。現已有多種水處理技術，如化學沉淀法、常規凝聚法、反滲透法、離子交換法、電滲析法、電解法、吸附法等。其中，反滲透、離子交換、電解和電滲析法比較昂貴，很大程度上限制了其應用。化學沉淀和常規絮凝技術有可能導致二次污染物。吸附法具有成本低、高效率、操作簡易，并且使用的吸附材料能再度利用，以及在處理廢水中不會對環境造成二次污染等優點，被廣泛應用于去除水中的有機或無機污染物。如何制備廉價且環境友好的吸附材料，是水處理領域一直探尋的目標。

我國黃土主要分布于北方地區，其中，位于中西部地區的黃土高原是全世界規模最大的黃土高原。黃土顆粒具有粒徑小、比表面積高，富含羥基，以及成分多樣等特點，因此，黃土顆粒可視為廣義上的粘土材料，也是一類環境友好的天然吸附材料。但天然黃土的吸附能力有限，通過改性可提高黃土對廢水的處理能力。高分子改性是一種有效提高黃土吸附能力的方法，不同單體、不同技術改性的產物性質與活性不同。目前，所制備的黃土基高分子材料主要有：黃土丙烯酸共聚物吸附劑（CN106117471A）、黃土基聚丙烯酰胺吸附劑（CN104211856A）、黃土衣康酸共聚物吸附劑（CN105251465A）、黃土接枝丙烯酰胺共聚物吸附劑（CN105170120A）等。然而，如何降低成本，并使之環境友好是當今社會關注的方向。

發明內容

本發明目的是提供一種生物相容性好、吸附性能強、無二次污染的黃土顆粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附劑的制備，主要用于吸附廢水中的重金屬離子和染料分子。

一、黃土顆粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附劑的制備

本發明黃土顆粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附劑的制備，是以硅烷偶聯劑為表面改性劑，將酸化黃土顆粒表面改性后，以N-乙烯基吡咯烷酮、馬來酸酐為共聚單體，在交聯劑、引發劑作用下，通過表面接枝共聚反應，將N-乙烯基吡咯烷酮-馬來酸酐共聚物接枝于黃土顆粒表面，得到具有較強吸附功能的黃土顆粒表面接枝共聚物。其具體制備工藝如下：

（1）黃土的改性：

攪拌下將酸化黃土顆粒充分分散于乙醇-水混合溶液中，用冰醋酸調體系pH=2.0~5.0；再加入硅烷偶聯劑為表面改性劑，并攪拌1~5小時；用氨水調體系pH=9.0 ~11.0后升溫到60~85℃，攪拌反應1~5小時；反應完全后產物經抽濾、乙醇洗滌，干燥，得到表面改性的黃土顆粒。

酸化黃土顆粒的制備是將黃土分散到濃度1~5 mol/L的HCl溶液中，在45~85℃下攪拌1~5小時，冷卻，過濾，蒸餾水洗至中性，40~80℃真空干燥6~36小時，即得酸化黃土。

乙醇-水混合溶液中，乙醇與水的體積比為1:1~5:1。

表面改性劑硅烷偶聯劑選用KH-570或KH-171；硅烷偶聯劑加入量為酸化黃土質量的30~50%。

（2）接枝共聚物的制備：將表面改性的黃土顆粒分散到1,4-二氧六環中，室溫下攪拌分散0.5~5小時；依次加入交聯劑及功能性單體N-乙烯基吡咯烷酮、馬來酸酐，并在惰性氣體保護下充分攪拌溶解；再加入引發劑，逐步升溫至55~75℃，繼續攪拌反應1~4小時，得懸浮液；然后加入濃度為0.5~1.5 mol/L的NaOH調體系中和度至50~70%，攪拌1~5小時，得到紅褐色分散體系；反應完成后，抽濾，用蒸餾水洗至近中性，再用丙酮洗，真空干燥，得到環境友好黃土顆粒接枝共聚物吸附劑。

功能性單體的加入量為表面改性黃土顆粒質量的15~25%；功能性單體中，N-乙烯基吡咯烷酮和馬來酸酐的質量比為6:1~1:1。