CN100522346C - 用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂、其制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂，聚间苯二胺外包附有海藻酸钠，聚间苯二胺与海藻酸钠的重量比为0.5～2∶1。本发明还公开了制备用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂的方法及用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂的用途。本发明中的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂可用于吸附废水中的铅离子。

Description

用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂、其制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及重金属离子吸附剂聚间苯二胺的包埋方法，尤其涉及一种用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂、其制备方法及其用途。

背景技术

常用的包埋剂有海藻酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、明胶、卡拉胶等。其中海藻酸钠作为一种天然的高分子载体材料，价格低廉，是应用比较广泛的固定化载体材料之一。其包埋原理是其中的钠离子通过与重金属离子如钙离子发生交换，线型大分子链通过钙离子发生交联，形成交联的海藻酸钙凝胶网状结构，从而将粉末状吸附剂包埋在其中。这样形成的海藻酸钙凝胶小球传质性能良好。海藻酸钙作为固定化载体强度高，在强电解质溶液中也能保持较好的机械性能，且可以耐受范围很宽的pH范围，适应工业生产中废水处理的要求。由于海藻酸钠无毒，对细胞等生物质无毒化作用，因此，海藻酸钠多用于对细胞和微生物的固定化包埋，对重金属离子吸附剂的包埋见诸报道的还不多。有研究者使用海藻酸钠与明胶共混物来包埋固定铅离子吸附剂枝孢霉真菌，包埋小球对含铅废水的吸附量在铅离子浓度为150mg/L时可以达到74.57mg/g，而未固定化的枝孢霉相应的吸附容量为70mg/g(董新姣，朱聪.固定化真菌对铅离子生物吸附的研究.环境科技与技术.2005，28(6)：22-27)。该作者也给出了纯粹采用海藻酸钠包埋该真菌的报道。也有利用海藻酸钠包埋汞离子吸附剂的报道，一种汞离子吸附剂一一悬浮藻利用海藻酸钙凝胶包埋后，对浓度分别为0.2，0.8，1.4μg/L的汞离子污水静态处理5天，汞离子去除率分别为94.7％，94.5％和97.5％，而未包埋悬浮藻相应去除率分别为79.7％，88.1％和76.9％(严国安，李益健.环境科学研究.1994，7(1)：39-42)。可见，包埋剂海藻酸钠本身对重金属离子离子吸附也有贡献，这主要是因为海藻酸钠分子链上的羧酸基团会与重金属离子相互作用形成凝胶，从而将金属离子络合其中。

但有关使用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂的研究尚未见有报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种操作简易、成本低廉的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂及其其制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂，其组分包括聚间苯二胺和海藻酸钠，海藻酸钠包埋聚间苯二胺，聚间苯二胺与海藻酸钠的重量比为0.5～2:1。

一种制备用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂的方法，按照聚间苯二胺与海藻酸钠的重量比为0.5～2:1，将聚间苯二胺加入重量含量为2％～4％海藻酸钠水溶液中制成混合溶液，再将混合溶液挤成小球滴入重量含量为3％～5％的氯化钙水溶液中，反应18～40小时，洗去小球表面的氯化钙。

优选地是，在将混合溶液挤成小球前，先将混合溶液超声处理5-25分钟，使混合溶液混合均匀。

本发明中的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂可用作吸附重金属离子，尤其是用作吸附铅离子。

本发明所制备的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂的破损率采用下列方法测定：

准确称取0.10g用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球放于50mL蒸馏水中，在30℃的恒温水浴中搅拌24h，过滤，取出完好的小球自然晾干后称重，根据处理前后的重量变化计算破损率。由两次平行实验取其平均值。

本发明所述的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂对铅离子的吸附性能，采用静态吸附法检测，具体步骤如下：

称取含有50mg用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，置于含有25mL-100mL浓度为511.78mg·L^-1的硝酸铅溶液的锥形瓶中，在20-40℃下搅拌吸附1-30小时，过滤，用络合滴定法测定滤液中残余Pb²⁺浓度C’。根据式(1)和(2)分别计算吸附剂吸附容量Q(mg g^-1)及去除率q(％)。

$Q=\frac{(511.78-C\′)\×25}{0.05}---\left(1\right)$

$q=\frac{(511.78-C\′)}{511.78}\×100\%---\left(2\right)$

本发明的有益效果：利用海藻酸钠包埋聚间苯二胺成吸附剂小球，操作简单易行，成本低廉。包埋后的小球机械性能良好，小球强度可以满足吸附条件下的连续操作，而且用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂相对于聚间苯二胺的吸附性能有所提升。综合考虑原料成本、制作成本和吸附性能，用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂具有很大的潜在实际应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

本发明中使用聚间苯二胺采用以下方法制备：

将0.08mol(8.652g)单体间苯二胺溶解在200mL蒸馏水中，超声3～5分钟，促使其充分溶解，然后将单体溶液置于30℃水浴中，平衡半小时。将0.08mol(18.256g)的氧化剂过硫酸铵溶解在100mL蒸馏水中，也将其维持在30℃。将该过硫酸铵溶液加到上述单体溶液中。反应24小时，抽滤，并用蒸馏水在漏斗中清洗产物，直至用BaCl₂溶液检验无硫酸根离子。洗净后抽干，将产物在50℃下干燥3天，得到聚间苯二胺，产率80.6％。

实施例1

将2g海藻酸钠溶于98mL 90℃左右热水中，待溶解后将其冷却至40℃左右，配制成重量浓度为2wt％的海藻酸钠溶液。量取30mL该海藻酸钠溶液至100mL烧杯中，加入0.3g聚间苯二胺粉末。用玻璃棒搅拌均匀并超声处理20分钟左右，促使二者混合均匀。将该混和液转移到10mL的注射器中，将其逐滴挤出成粒径约3mm的小球，30℃下滴入4wt％的氯化钙溶液中。并在该温度下维持交联反应进行24小时。取出小球，用蒸馏水洗去表面附着的氯化钙，自然晾干，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经检测，小球破损率为12.2％。经静态吸附法检测，小球吸附容量为220.65mg/g，去除率为86.23％。

实施例2

聚间苯二胺粉末用量为0.6g，交联反应进行18小时，其它步骤与实施例1相同。得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为23.6％，经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为185.95mg/g，去除率为72.67％。

实施例3

聚间苯二胺粉末用量1.2g，交联反应进行30小时，其它步骤与实施例1相同，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球。经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为16.4％。经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为126.54mg/g，去除率为49.45％。

实施例4

将3g海藻酸钠溶于97mL 90℃左右热水中，待溶解后将其冷却至40℃左右，配制成重量浓度为3wt％的海藻酸钠溶液。量取20mL该海藻酸钠溶液至100mL烧杯中，加入0.3g聚间苯二胺粉末，用玻璃棒搅拌均匀并超声处理20分钟左右，促使二者混合均匀。将该混和液转移到10mL的注射器中，将其逐滴挤出成粒径约为3mm的小球，30℃下滴入含有4wt％的氯化钙溶液中。并在该温度下维持交联反应进行30小时。取出小球，用蒸馏水洗去表面附着的氯化钙，自然晾干，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为9.2％。

经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为236.42mg/g，去除率为92.39％。

实施例5

聚间苯二胺粉末用量0.6g，交联反应进行24小时，其它步骤与实施例4相同，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为11.4％。经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为163.69mg/g，去除率为63.97％。

实施例6

聚间苯二胺粉末用量为1.2g，交联反应进行18小时，其它步骤与实施例4相同，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为12.6％；经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为108.57mg/g，去除率为42.43％。

实施例7

将4g海藻酸钠溶于96mL 90℃左右热水中，待溶解后将其冷却至40℃左右，配制成重量浓度为4wt％的海藻酸钠溶液。量取20mL该海藻酸钠溶液至100mL烧杯中，加入0.8g聚间苯二胺粉末，用玻璃棒搅拌均匀并超声处理20分钟左右，促使二者混合均匀。将该混和液转移到10mL的注射器中，将其逐滴挤出成粒径约为3mm的小球，30℃下滴入含有4wt％的氯化钙溶液中。并在该温度下维持交联反应进行30小时。取出小球，用蒸馏水洗去表面附着的氯化钙，自然晾干，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球。

经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为10.2％，经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为179.89mg/g，去除率为70.3％。

实施例8

聚间苯二胺粉末用量为0.4g，交联反应进行18小时，其它步骤与实施例7相同，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为9.6％，经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为231.73mg/g，去除率为90.56％。

实施例9

聚间苯二胺粉末用量为1.6g，交联反应进行24小时，其它步骤与实施例7相同，得海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球，经破损率试验检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球破损率为11.3％，经静态吸附法检测，海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂小球吸附容量为128.20mg/g，去除率为50.1％。

实施例10

将氯化钙溶液浓度改为3.2％，其它步骤与实施例1相同。

实施例11

将氯化钙溶液浓度改为4.5％，其它步骤与实施例4相同。

实施例12

将氯化钙溶液浓度改为4.5％，其它步骤与实施例7相同。

对比试验例

取50mg单纯的聚间苯二胺粉末，在同等条件下对浓度为511.78mg·L^-1的铅离子溶液经静态吸附法检测，测得聚间苯二胺粉末吸附容量为205.8mg/g，去除率为80.42％。

由以上所述可见，由海藻酸钠包埋法包埋的聚苯二胺粉末，制成小球状吸附剂，包埋方法简单易行，成本低廉。包埋后的小球机械性能良好，小球强度可以满足吸附条件下的连续操作，而且聚间苯二胺的包埋小球吸附性能比粉末状吸附剂有所提高。综合考虑原料成本、制作成本和吸附性能，聚间苯二胺吸附剂包埋小球具有很大的潜在实际应用价值。

上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

Claims (4)

1、一种用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂，其特征在于，其组分包括海藻酸钠和聚间苯二胺，海藻酸钠包埋聚间苯二胺，聚间苯二胺与海藻酸钠的重量比为0.5～2:1，由如下方法制得：按照聚间苯二胺与海藻酸钠的重量比为0.5～2：1，将聚间苯二胺加入重量含量为2％～4％海藻酸钠水溶液中制成混合溶液，再将混合溶液挤成小球滴入重量含量为3％～5％的氯化钙水溶液中，反应18～40小时，洗去小球表面附着的氯化钙。

2、根据权利要求1所述的用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂，其特征在于，所述制备方法中，在将混合溶液挤成小球前，先将混合溶液超声处理5-25分钟。

3、用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂用作吸附重金属离子。

4、用海藻酸钠包埋的聚间苯二胺吸附剂用作吸附铅离子。