CN106311182A - 一种超细螯合纤维的制备方法及其应用 - Google Patents

一种超细螯合纤维的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种对镉离子具有选择性吸附的超细螯合纤维的制备方法，是以腈纶为载体，1,2‑二(氨基硫代甲酰)肼为功能化试剂，在一定条件下通过一步合成反应，制备出对镉离子具有良好吸附选择性的螯合纤维。采用本发明方法制备的螯合纤维，克服了原母体吸附选择性差的缺点，对镉离子的吸附表现出良好的选择性。该吸附剂制备工艺简单，成本低，实际应用操作方便，对处理废水中的镉离子效果良好。该螯合纤维吸附剂在对含镉离子的溶液进行处理时，能在较宽的pH范围内吸附镉离子，具有适用范围广、选择性好、吸附容量大等特点。经测定，pH＝7时，该螯合纤维对镉离子的静态饱和吸附容量为105.2mg/g。

Description

一种超细螯合纤维的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种新型螯合纤维的制备方法，特别是涉及一种重金属镉离子吸附纤维的制备方法及其应用。
背景技术
镉是一种有毒有害的重金属离子，不具有生物降解性，在环境和人体中具有累积作用，因而对环境和人体健康危害严重。镉污染主要来自于冶金、制造、农药、电镀、陶瓷与无机颜料制造等领域的废水排放，2012年国家环保总局统计结果表明全国排放废水中总镉量为188.7吨。通过废水、废渣等形式排入环境的镉不仅危害环境，而且通过食物链在人体内累积，影响人的肾功能，造成骨质疏松、骨骼变形、骨痛及生理代谢紊乱等疾病。因此，预防和消除重金属镉对环境的污染受到了越来越广泛的关注。
分离除去废水中的镉离子常用化学方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法和电渗析法等。沉淀法对处理对象的pH条件要求较高，并且易引起二次污染。膜分离法和电渗析法等工艺复杂，成本高，不利于实际应用。吸附法具有简单方便、选择性好、能通过吸附剂的再生可以降低成本等优势，逐渐成为水体重金属污染治理的重要方法。近年来利用吸附法去除水体中镉离子的研究报道较多，特别是一些天然生物物质的应用，如微生物、壳聚糖和农业副产品或废弃物等用于水体重金属离子吸附。但这些吸附剂往往存在固液分离困难，吸附容量小，选择性差，对高浓度废水处理效果不佳等缺点，因此研究新型高效吸附材料是今后重金属废水处理研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属镉离子吸附纤维的制备方法及其应用，以聚丙烯腈纤维(腈纶)为原料，利用镉的亲硫性，选择含硫试剂为功能化试剂，开发了一种高效的新型镉离子吸附材料，制备的螯合纤维对吸附水体中镉离子具有良好的吸附性能，具有选择性好、吸附速度快、吸附容量高等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超细螯合纤维的制备方法，所述螯合纤维是由腈纶接枝1,2-二(氨基硫代甲酰)肼获得。其反应式如下式：
一种超细螯合纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)配制环己酮和水的混合溶液，其中环己酮和水的体积比为1:10；
(2)将待反应的腈纶置于环己酮和水的混合溶液中浸泡3-4h；
(3)取环己酮和水的混合溶液，依次加入1,2-二(氨基硫代甲酰)肼、无水碳酸钠，并调节溶液的pH为8-9；其中，1,2-二(氨基硫代甲酰)肼的浓度为20g/L，无水碳酸钠浓度为10.0g/L；
(4)将步骤(2)中浸泡好的腈纶加入至步骤(3)中的环己酮和水的混合溶液中，在300-400r/min的电动恒速搅拌下反应3-4h，反应温度为90-100℃，并采用冷凝装置回流；其中，腈纶和混合溶液的g/mL为1:60；
(5)反应完毕后，将步骤(4)所得产物过滤，所得橙黄色纤维用去离子水洗涤至中性，在60℃条件下干燥至恒重，得所述的螯合纤维。
作为优选，所述步骤(3)中采用碳酸钠和稀盐酸调节pH。
作为优选，所述腈纶为聚丙烯腈纤维，其组成含量为：丙烯腈93％，丙烯酸甲酯5.7％，衣康酸1.3％。
一种超细螯合纤维的应用，包括如下步骤：
①称取螯合纤维材料，置于待处理水中，其中，螯合纤维与待处理水的g/mL比为1:1000-1500；
②用氨水调节pH为3-9，吸附时间为20-30min，完成镉离子的去除。
作为优选，所述步骤②中采用0.1mol/L的硝酸和氨水调节pH。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种超细螯合纤维的制备方法是用螯合纤维对含有微量镉离子水溶液进行处理的方法，所述的螯合纤维吸附剂的主要特点是通过腈纶为载体，1,2-二(氨基硫代甲酰)肼为功能化试剂，在一定条件下发生接枝反应。镉是典型的亲硫元素之一，通过接枝反应在腈纶纤维骨架上引入含氮硫多配位基功能团，这些功能团对镉离子具有较强的配位能力，通过形成络合物从而增强对镉离子的吸附能力，提高分离的选择性。
(2)该螯合纤维吸附剂在对含镉离子的溶液进行处理时，能在较宽的pH范围内吸附镉离子，具有适用范围广、选择性好、吸附容量大等特点。经测定，pH 7时，该螯合纤维对镉离子的静态饱和吸附容量为105.2mg/g(pH 7)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明提供的技术方案做进一步详细、完整的说明。
实施例1：螯合纤维的制备
(1)称取2g腈纶用环己酮-水(1:10)浸泡3h。
(2)取环己酮-水(1:10)溶剂120mL于三口烧瓶中，依次加入1,2-二(氨基硫代甲酰)肼试剂，无水碳酸钠，控制溶液的pH为8。混合液中溶质浓度为：1,2-二(氨基硫代甲酰)肼浓度为20g/L，无水碳酸钠浓度为10.0g/L。
(3)向上述(2)的混合溶液中加入经步骤(1)浸泡好的2g螯和纤维，在300r/min的电动恒速搅拌下反应3h，反应温度为90℃，并采用冷凝装置回流。
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得产物过滤，所得橙黄色纤维用去离子水洗涤至中性，在60℃条件下干燥至恒重，得所述的螯合纤维。
实施例2：螯合纤维的制备
(1)称取2g腈纶用环己酮-水(1:10)浸泡4h。
(2)取环己酮-水(1:10)溶剂120mL于三口烧瓶中，依次加入1,2-二(氨基硫代甲酰)肼试剂，无水碳酸钠，控制溶液的pH为9。混合液中溶质浓度为：1,2-二(氨基硫代甲酰)肼浓度为20g/L，无水碳酸钠浓度为10.0g/L。
(3)向上述(2)的混合溶液中加入经步骤(1)浸泡好的2g螯和纤维，反应体系固液比，即腈纶/混合溶液的g/mL为1:60；体系在300r/min的电动恒速搅拌下反应4h，反应温度为100℃，并采用冷凝装置回流。
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得产物过滤，所得橙黄色纤维用去离子水洗涤至中性，在60℃条件下干燥至恒重，得所述的螯合纤维。
实施例3：螯合纤维吸附去除溶液中的镉离子
(1)将实施例1制备的螯合纤维加入到含镉离子浓度(C0)为5mg/L的硝酸镉溶液中，溶液的pH为3，螯合纤维的加入量为0.2g，溶液体积为200mL。在25℃的恒温水浴振荡器中震荡20min。
(2)振荡结束后，移取10mL含镉离子溶液，用原子吸收光谱仪测定镉离子浓度(Ce)。
(3)计算镉离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。根据测定结果计算得去除率为97％。
实施例4：螯合纤维吸附去除溶液中的镉离子
(1)将实施例2制备的螯合纤维加入到含镉离子浓度(C0)为2mg/L的硝酸镉溶液中，溶液的pH为7，螯合纤维的加入量为0.2g，溶液体积为250mL。在25℃的恒温水浴振荡器中震荡25min。
(2)振荡结束后，移取10mL含镉离子溶液，用原子吸收光谱仪测定镉离子浓度(Ce)。
(3)计算镉离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。根据测定结果计算得去除率为100％。
实施例5：螯合纤维吸附去除溶液中的镉离子
(1)将实施例2制备的螯合纤维加入到含镉离子浓度(C0)为1mg/L的硝酸镉溶液中，溶液的pH为9，螯合纤维的加入量为0.2g，溶液体积为300mL。在25℃的恒温水浴振荡器中震荡30min。
(2)振荡结束后，移取10mL含镉离子溶液，用原子吸收光谱仪测定镉离子浓度(Ce)。
(3)计算镉离子吸附去除率：去除率＝[(C0-Ce)/C0]×100％。根据测定结果计算得去除率为100％。
结论：在pH 3-9的宽广pH范围内，用此螯合纤维吸附溶液中的镉离子，吸附去除率均在97％以上。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种超细螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述螯合纤维是由腈纶接枝1,2-二(氨基硫代甲酰)肼获得。
2.如权利要求1所述的一种超细螯合纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)配制环己酮和水的混合溶液，其中环己酮和水的体积比为1:10；
(2)将待反应的腈纶置于环己酮和水的混合溶液中浸泡3-4h；
(3)取环己酮和水的混合溶液，依次加入1,2-二(氨基硫代甲酰)肼、无水碳酸钠，并调节溶液的pH为8-9；其中，1,2-二(氨基硫代甲酰)肼的浓度为20g/L，无水碳酸钠浓度为10.0g/L；
(4)将步骤(2)中浸泡好的腈纶加入至步骤(3)中的环己酮和水的混合溶液中，在300-400r/min的电动恒速搅拌下反应3-4h，反应温度为90-100℃，并采用冷凝装置回流；其中，腈纶和混合溶液的g/mL为1:60；
(5)反应完毕后，将步骤(4)所得产物过滤，所得橙黄色纤维用去离子水洗涤至中性，在60℃条件下干燥至恒重，得所述的螯合纤维。
3.如权利要求2所述的一种超细螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用碳酸钠和稀盐酸调节pH。
4.如权利要求2所述的一种超细螯合纤维的制备方法，其特征在于：所述腈纶为聚丙烯腈纤维，其组成含量为：丙烯腈93％，丙烯酸甲酯5.7％，衣康酸1.3％。
5.一种超细螯合纤维的应用，其特征在于，包括如下步骤：
①称取螯合纤维材料，置于待处理水中，其中，螯合纤维与待处理水的g/mL比为1:1000-1500；
②用氨水调节pH为3-9，吸附时间为20-30min，完成镉离子的去除。
6.根据权利要求5所述的一种超细螯合纤维的应用，其特征在于：所述步骤②中采用0.1mol/L的硝酸和氨水调节pH。
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