CN102513068B

CN102513068B - 一种改性聚苯胺吸附剂及在废水处理中的应用

Info

Publication number: CN102513068B
Application number: CN 201110341509
Authority: CN
Inventors: 王其召; 安宁; 穆蕊娟; 李佳佳; 惠娟; 雷自强
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: CN102513068A

Abstract

本发明提供了一种改性聚苯胺吸附剂，属于高分子复合材料技术领域。本发明其以十二烷基苯磺酸钠等含有磺酸基的表面活性剂，将苯胺单体改性后聚合而成，将原本吸附性能不明显的聚苯胺和十二烷基苯磺酸钠等含有磺酸基的表面活性剂相互结合，使聚苯胺分子链嫁接上具有吸附阳离子性能的磺酸基，同时由于表面活性剂的存在改变了聚合物的内部孔道结构加强了吸附性能和稳定性。大量实验证明，本发明的改性聚苯胺吸附剂对废水中阳离子染料、重金属离子及苯酚都有较好吸附能力；该吸附剂原料廉价易得，制备工艺简单，成本低；化学稳定性好，易于分离，可循环利用，对环境不造成二次污染等优点，是一种很有潜力的污水吸附材料。

Description

一种改性聚苯胺吸附剂及在废水处理中的应用

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种改性聚苯胺吸附剂的制备，尤其涉及一种用含有磺酸基的表面活性改性的聚苯胺吸附剂的制备；本发明同时还涉及该改性聚苯胺吸附剂在吸附污水中阳离子染料、重金属离子、苯酚材料的应用。

背景技术

随着人口的增长和工业的发展，水资源匮乏、特别是水质型缺水现象日益严重，污水处理技术在生产和生活中的作用也越来越大。

纺织印染行业是废水排放大户，占整个工业废水排放量的1/3。所以印染废水污染引发的环境问题日益突出，多数染料如罗丹明B和亚甲基蓝等阳离子染料，具有一定的毒性和生物积聚性，在自然条件下很难降解。印染废水直接排放到水体,不仅影响水体美观,降低水体透光率,而且破坏水体生态***。染料及其中间代谢产物含有多种有毒物质可对水体生物造成多种危害。印染废水的处理主要从脱色问题着手。目前，常用的脱色处理方法有中和法、氧化法、吸附法、反渗透法及混凝法等。

在水体污染方面，重金属污染同样是另一个难以根治的问题。对重金属废水的处理方法主要包括：吸附法、离子沉淀法、交换树脂法等等。工业上多采用化学沉淀法处理重金属废水，但化学沉淀法存在易引起水质硬化，对低浓度的重金属离子处理不彻底，容易导致二次污染等缺点。离子交换树脂法可以将重金属离子转移到树脂上，但树脂和重金属离子难以分离，不论是在树脂的再利用方面还是在贵重金属的回收方面都有所不足。

近年来，吸附法作为染料废水和重金属污水的高效处理方法越来越被人们关注。其中多采用商品活性炭为吸附剂，目前人们试图研发更廉价、更有效的吸附材料以取代活性炭来进一步提高吸附效率并降低成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种具有选择性吸附阳离子染料、工业污水中重金属离子与苯酚的改性聚苯胺吸附剂。

本发明改性聚苯胺吸附剂的制备，包括以下工艺步骤：

1、一种改性聚苯胺吸附剂，是由以下工艺制备而成：

（1）将含有磺酸基的表面活性剂溶于水中，搅拌配制成浓度0.07~0.1mol/L的混合溶液。

所述含有磺酸基的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、仲烷基苯磺酸钠等苯基磺酸盐，脂肪酸甲酯磺酸钠、全氟辛烷磺酸钠等链烃磺酸盐。

（2）加入含有磺酸基的表面活性剂质量0.2~0.5倍的苯胺单体，搅拌搅拌2~5小时；

（3）加入苯胺单体等摩尔量的引发剂过硫酸铵，继续搅拌20~24小时；抽滤，洗涤固体沉淀；

为了使表面活性剂在水中充分水解，加入引发剂过硫酸铵后，先调整混合溶液的pH=2~3，再搅拌20~24小时；抽滤，洗涤固体沉淀。

（4）烘干、研磨，得到改性聚苯胺吸附剂（PANSDBS）。

下面通过红外光谱和热重曲线对本发明的改性聚苯胺吸附剂的结构和性能进行说明。

1、红外光谱

图1为本发明制备的PANSDBS吸附剂的红外光谱图。图1中1202.81cm^-1、1036.32 cm^-1、620.58 cm^-1的峰为磺酸基的特征峰，说明在PANSDBS中成功嫁接了磺酸基。

2、热重分析

图2为未经改性的聚苯胺和PANSDBS吸附剂的热重数据分析图。其中a是未经改性过的聚苯胺；b是PANSDBS吸附剂。从图2可以看出，本发明制备的PANSDBS吸附剂在升温过程中稳定性明显好于未经改性过得聚苯胺，而当温度升到100℃时，PANSDBS吸附剂的分解量仅为2.6263%，说明其在室温下有很好的稳定性。

3、XRD测试

图3为本发明制备的PANSDBS吸附剂的XRD测试图。从图3可以看出，PANSDBS没有明显晶体结构，为无定型状。

综上所述，本发明将原本吸附性能不明显的聚苯胺和十二烷基苯磺酸钠等含有磺酸基的表面活性剂相互结合，使聚苯胺分子链嫁接上具有吸附阳离子性能的磺酸基，同时由于表面活性剂的存在改变了聚合物的内部孔道结构加强了吸附性能和稳定性。

大量实验证明，本发明的改性聚苯胺吸附剂对还对阳离子染料具有选择吸附性，对染料废水和含有重金属离子与苯酚的工业污水都有较好吸附能力，因此可用于有机废水的处理。同时该吸附剂原料廉价易得，制备工艺简单，成本低；化学稳定性好，易于分离，可循环利用，对环境不造成二次污染等优点，是一种很有潜力的污水吸附材料。

大量实验证明，本发明改性聚苯胺吸附剂的用量与待处理的废水量的比例为1:1000~1:10000，搅拌30~60分钟后静置30~60分钟将吸附剂与污水固液分离，处理过的污水达到国家排放标准；本发明材料可以广泛用于工业及生活废水的净化和处理，具有成本低、无污染、吸附强能力、易于推广、实施方便等优点。

附图说明

图1为本发明制备的PANSDBS吸附剂的红外光谱图。

图2为未经改性的聚苯胺和本发明制备的PANSDBS吸附剂的热重曲线。

图3为本发明制备的PANSDBS吸附剂的XRD测试图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明吸附剂的制备及处理工业污水的方法作进一步说明。

实施例一：改性聚苯胺吸附剂的制备

将10g十二烷基苯磺酸钠溶解于500毫升水中，搅拌2~5小时；加入2g苯胺（AN），继续搅拌2~5小时；加入4.9g过硫酸铵，先调整混合溶液的pH=2，继续搅拌24小时；抽滤，洗涤固体沉淀；烘干、研磨成粉末，得到改性后的聚苯胺吸附剂（PANSDBS）。

实施例二：改性聚苯胺吸附剂的制备

将10g十六烷基苯磺酸钠溶解于500毫升水中，搅拌2~5小时；加入2-4g苯胺（AN），继续搅拌2~5小时；加入8.2g过硫酸铵，先调整混合溶液的pH=3，继续搅拌24小时；抽滤，洗涤固体沉淀；烘干、研磨成粉末，得到改性后的聚苯胺吸附剂。

实施例三、改性聚苯胺吸附剂的制备

将10g全氟辛烷磺酸钠溶解于500毫升水中，搅拌2~5小时；加入5g苯胺（AN），继续搅拌2~5小时；加入12.3g过硫酸铵，先调整混合溶液的pH=2.5，继续搅拌24小时；抽滤，洗涤固体沉淀；烘干、研磨成粉末，得到改性后的聚苯胺吸附剂。

实施例四：改性聚苯胺吸附剂的制备

将10g脂肪酸甲酯磺酸钠溶解于500毫升水中，搅拌2~5小时；加入5g苯胺（AN），继续搅拌2~5小时；加入8.8g过硫酸铵，先调整混合溶液的pH=2-3，继续搅拌24小时；抽滤，洗涤固体沉淀；烘干、研磨成粉末，得到改性后的聚苯胺吸附剂。

实施例五：改性聚苯胺吸附剂对亚甲基蓝的吸附试验

取50mg 改性聚苯胺吸附剂（PANSDBS），投入初始浓度为100mg/L的100ml亚甲基蓝溶液中搅拌吸附2小时后，离心分离吸附剂后，用紫外分光光度计（TU-1901型）测量亚甲基蓝浓度为1.8 mg/L，吸附率为98.2%。

实施例六：PANSDBS吸附剂对罗丹明B的吸附试验

取50 mg PANSDBS，投入初始浓度为100 mg/L的100ml罗丹明B溶液中搅拌吸附2小时后，离心分离吸附剂后，用紫外分光光度计（TU-1901型）测量罗丹明B浓度为3.4 mg/L，吸附率为93.2%。

实施例七：PANSDBS吸附剂重复利用实验

取50 mgPANSDBS，投入初始浓度为100 mg/L的100 ml亚甲基蓝溶液中吸附2小时后在缓冲溶液下脱附染料，循环五次后测得PANSDBS对100 mg/L的亚甲基蓝的吸附率可以达到90%以上。

实施例八：PANSDBS吸附剂对AgNO₃溶液的吸附试验

取50 mg PANSDBS，投入初始浓度为200 mmg/L的100ml硝酸汞溶液中，搅拌吸附5小时后，离心分离吸附剂后，用佛尔哈德法滴定清液中汞离子和含量，结果表明，吸附剂对汞离子的吸附率为90.7%。

实施例九：PANSDBS吸附剂对苯酚溶液的吸附试验

取50 mg PANSDBS，投入初始浓度为100mmg/L的100ml苯酚溶液中，搅拌吸附4小时，离心分离吸附剂后，用四氨基安替比林法测量溶液中苯酚的含量，结果表明，PANSDBS吸附剂对苯酚的吸附率为92.3%。

实施例十：PANSDBS吸附剂对兰州石化废水的吸附试验

取50 mg PANSDBS，投入中国石油兰州化工中心提供废水10 g中，搅拌10 min后静置，黑色粘稠状物质消失，溶液变得澄清，0.5 h后臭味消失；化学需氧量（COD）由处理前1100 mg/L降低为20 mg/L，有机物总量由1120 mg/L降为0.8 mg/L，重金属离子吸附率在98.5%以上。

Claims

1.一种改性聚苯胺吸附剂，是由以下工艺制备而成：

（1）将含有磺酸基的表面活性剂溶于水中，搅拌配制成浓度0.07~0.1mol/L的混合溶液；所述含有磺酸基的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、脂肪酸甲酯磺酸钠或全氟辛烷磺酸钠；

（2）加入含有磺酸基的表面活性剂质量0.2~0.5倍的苯胺单体，搅拌2~5小时；

（4）烘干、研磨，得到改性聚苯胺吸附剂。

2.如权利要求1所述改性聚苯胺吸附剂，其特征在于：步骤（3）中，加入引发剂过硫酸铵后，先调整混合溶液的pH=2~3，再搅拌20~24小时；抽滤，洗涤固体沉淀。

3.如权利要求1所述改性聚苯胺吸附剂用于吸附工业污水中的重金属离子。

4.如权利要求1所述改性聚苯胺吸附剂用于吸附工业污水中的苯酚。

5.如权利要求1所述改性聚苯胺吸附剂用于吸附工业污水中的阳离子染料。