一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對汞離子具有選擇性吸附的螯合纖維的制備方法，包括以下步驟：(1)將2,4?二硝基苯肼和無水碳酸鈉加入水?正丁醇混合溶劑中加熱溶解；(2)在步驟(1)的所得物中加入聚丙烯腈纖維作為載體，在一定溫度下攪拌加熱回流4小時充分反應，使2,4?二硝基苯肼與聚丙烯腈纖維接枝共聚；(3)將步驟(2)所得棕黃色產(chǎn)物用蒸餾水反復洗滌至中性，烘干，得到對汞離子具有選擇性吸附的螯合纖維。采用本發(fā)明的方法所得的螯合纖維，克服了原載體吸附選擇性差的缺點，對汞離子的吸附表現(xiàn)出良好的選擇性。該吸附劑制備工藝簡單，成本低，實際應用中方便易行，對處理廢水中的汞離子有較好的應用效果。
【專利說明】
一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及廢水處理方法，特別涉及一種含氮氧多配位基螯合纖維應用于水體中 汞離子的選擇性吸附。
【背景技術】
[0002] 汞是對環(huán)境造成嚴重危害的重金屬之一，上世紀五十年代日本發(fā)生的"水俁病"事 件引起世界震驚。汞中毒會引起腦損傷，肝腎衰竭和神經(jīng)學上不可恢復的傷害，并且汞的毒 性具有積累性。汞污染排放的主要附存方式包括3種形態(tài):氣態(tài)汞元素單質(zhì)，二價離子汞和 固態(tài)顆粒附著汞。環(huán)境中的汞主要來自于煤炭燃燒的產(chǎn)物和氯堿工業(yè)的排出物等。汞是煤 炭中最容易揮發(fā)的痕量元素之一，煤炭是儲量最為豐富的化石燃料能源且使用量巨大，所 以汞污染已經(jīng)成為了繼氣候變暖之后的又一全球性污染問題，汞污染的防止和治理已經(jīng)迫 在眉睫。
[0003] 水體中汞污染常用的處理措施主要有化學沉淀法、混凝法、吸附法、離子交換法以 及可逆滲透法等。其中，吸附法由于工藝簡單、操作方便以及通過吸附劑的再生可以降低成 本等優(yōu)勢，逐漸成為水體汞污染治理的重要方法。用吸附法處理水體中的汞離子等重金屬 離子，主要機理是通過物理吸附和化學作用。而要提高吸附劑對金屬離子的吸附選擇性，關 鍵是在吸附劑載體(或母體)上接枝各種含有氮、氧、硫的活性基團，這些活性基團通過與吸 附的重金屬離子形成配合物，從而達到選擇性吸附金屬離子的目的。目前采用吸附法處理 含汞廢水使用的吸附劑載體主要有天然物質(zhì)以及合成聚合物兩大類。因此，制備具有良好 汞離子吸附性能的吸附材料成為了目前汞污染控制的研究熱點之一。
[0004] 螯合纖維具有比表面積大、吸附選擇性好等特點，并且具有較高的柔韌性和機械 性能，便于以各種形式使用。本發(fā)明以聚丙烯腈纖維為原料，開發(fā)了一種高效的新型汞離子 吸附材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法。所述螯 合纖維是腈綸的改性接枝產(chǎn)物，制備時選取腈綸為載體，2，4-二硝基苯肼為功能化試劑，在 適當?shù)臈l件下通過一步合成反應，制備出對汞離子具有良好吸附性能的螯合纖維。本發(fā)明 是一種新型的纖維吸附材料，具有吸附速度快、吸附容量高、選擇性好等特點。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007] -種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0008] (1)將功能化試劑2，4-二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入水-正丁 醇混合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液，
[0009] 所述2,4_二硝基苯肼質(zhì)量為l_3g，無水碳酸鈉質(zhì)量為0.5-1.5g，溶劑中水和正丁 醇體積比為1:3_4;
[0010] (2)稱取0.5-2g聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹；
[0011] (3)向預處理液中加入步驟(2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在95-1HTC溫度下，電動 攪拌，并采用冷凝裝置回流，反應3.5-4.5小時；
[0012] (4)反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在50-70°C條 件下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。
[0013] 其結構式為：
[0014
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟（2)中去離子水中包含DMF，所述DMF與去離子水的質(zhì)量比為 0·Η:100〇
[0016] 作為優(yōu)選，所述DMF與去離子水的質(zhì)量比為0.5:100。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟(2)為:稱取0.5-2g聚丙烯腈纖維用去離子水和DMF的混合溶 液浸泡24小時，使其充分溶脹。
[0018] 作為優(yōu)選，所述含氮氧多配位基螯合纖維用于吸附水體中汞離子。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：（1)本發(fā)明的方法是用螯合纖維對含有微量汞離子的溶液 進行處理的方法。所述的螯合纖維吸附劑的主要特點是通過聚丙烯腈纖維為載體，2,4_二 硝基苯肼為功能化試劑，在一定條件下發(fā)生化學反應;通過接枝反應在聚丙烯腈纖維上引 入含氮氧多配位基功能團，這些特定功能基能選擇性的與金屬離子發(fā)生配位反應，從而有 效地去除溶液中的汞離子并提高吸附分離的選擇性。此外該螯合纖維吸附劑在對含汞溶液 中的汞離子進行吸附時，能在較寬的PH范圍內(nèi)吸附汞離子，對二價汞離子的吸附選擇性好， 吸附容量大(溶液的pH為4時，汞離子在此螯合纖維吸附劑上的吸附容量為97.65mg/g)
[0020] (2)此螯合纖維吸附材料具有比表面積大，通透性能好，吸附速率快，選擇性好等 特點，提高了對汞離子的吸附能力，并且該吸附劑制備方法簡單，成本低，環(huán)境污染小。
【附圖說明】
[0021] 圖1為聚丙烯腈纖維（1)和含氮氧多配位基螯合纖維(2)的紅外光譜圖。
【具體實施方式】 [0022] 實施例1:
[0023] -種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)將功能化試劑2,4-二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入60mUK- 正丁醇混合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液，
[0025] 2,4_二硝基苯肼質(zhì)量為lg，無水碳酸鈉質(zhì)量為0.5g，溶劑中水和正丁醇體積比為 1:3；
[0026] (2)稱取0.5g聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹；
[0027] (3)向預處理液中加入步驟(2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在95°C溫度下，電動攪拌， 并采用冷凝裝置回流，反應4.5小時；
[0028] (4)反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在50°C條件 下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。
[0029] 由圖1可知，螯合纖維的紅外光譜圖（2)中相對于聚丙烯腈纖維（1)出現(xiàn)了下列一 些特征新峰：3443.85cm-Η γΝΗ ory =NH)，1617.86cm-ΗδΝ-ΗΚ?δΑΟ.ηαιΓΗ yas NO2 (Ar)),1455.83cm_1( γ C = C(Ar)), 1339.18cm_1( γ sN02(Ar)), 1226.14cm_1( γ C-N or γ N-C =0), 1085.and γ N=C-N)，這些特征峰和螯合纖維的結構式相吻合。
[0030] 實施例2
[0031] -種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0032] (1)將功能化試劑2,4-二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入IOOmL 水-正丁醇混合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液，
[0033] 2,4_二硝基苯肼質(zhì)量為2g，無水碳酸鈉質(zhì)量為lg，溶劑中水和正丁醇體積比為1: 3.5；
[0034] (2)稱取Ig聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹；
[0035] (3)向預處理液中加入步驟（2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在100°C溫度下，電動攪 拌，并采用冷凝裝置回流，反應4小時；
[0036] (4)反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在60°C條件 下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。
[0037] 實施例3
[0038] -種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0039] (1)將功能化試劑2,4-二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入150mL 水-正丁醇混合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液，
[0040] 2,4_二硝基苯肼質(zhì)量為3g，無水碳酸鈉質(zhì)量為1.5g，溶劑中水和正丁醇體積比為 1:4;
[0041] (2)稱取2g聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹；
[0042] (3)向預處理液中加入步驟（2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在105°C溫度下，電動攪 拌，并采用冷凝裝置回流，反應3.5小時；
[0043] (4)反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在70°C條件 下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。
[0044] 實施例4
[0045] -種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，包括以下步驟：
[0046] (1)將功能化試劑2,4-二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入150mL 水-正丁醇混合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液，
[0047] 2，4-二硝基苯肼質(zhì)量為2.5g，無水碳酸鈉質(zhì)量為1.5g，溶劑中水和正丁醇體積比 為 1:4;
[0048] (2)稱取2g聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹；
[0049] (3)向預處理液中加入步驟（2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在IHTC溫度下，電動攪 拌，并采用冷凝裝置回流，反應4小時；
[0050] (4)反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在70°C條件 下烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。
[0051 ] 實施例5
[0052]其他條件同實施例1-4，將步驟(2)中的去離子水替換為去離子水和DMF的混合溶 液，DMF與去離子水的質(zhì)量比為0.1:100。
[0053] 實施例6
[0054]其他條件同實施例5，DMF與去離子水的質(zhì)量比由0.1:100變?yōu)?:100。
[0055] 實施例7
[0056] 其他條件同實施例5，DMF與去離子水的質(zhì)量比由0.1:100變?yōu)?.5:100。
[0057] 實施例8
[0058] (1)將含氮氧多配位基螯合纖維加入到含汞離子模擬廢水的具塞錐形瓶中，模擬 廢水中汞離子濃度(Co)為20mg/L，廢水的pH為3,螯合纖維的加入量為0.5g，模擬廢水體積 為2OOmL;
[0059] (2)將上述步驟（1)中的具塞錐形瓶放入恒溫振蕩器，振蕩20分鐘，控制溫度為25 °C；
[0060] (3)振蕩結束后，移取IOmL含汞離子廢水，用等離子體原子發(fā)射光譜儀測定汞離子 濃度(Ce);
[0061] (4)計算汞離子吸附去除率:去除率=[(0)_0/0)] X 100%。去除率如下表：
[0064] 實施例9
[0065] (1)將含氮氧多配位基螯合纖維加入到含汞離子模擬廢水的具塞錐形瓶中，模擬 廢水中汞離子濃度(Co)為50mg/L，廢水的pH為6,螯合纖維的加入量為0.2g，模擬廢水體積 為 2OOmL;
[0066] (2)將步驟(1)中的具塞錐形瓶放入恒溫振蕩器，振蕩20分鐘，控制溫度為25°C;
[0067] (3)振蕩結束后，移取IOmL含汞離子廢水，用等離子體原子發(fā)射光譜儀測定汞離子 濃度(Ce);
[0068] (4)計算汞離子吸附去除率:去除率=[(Co-Ce)/Co] X 100 %。
[0069] 去除率均為100 %。
[0070] 實施例10
[0071] (1)將含氮氧多配位基螯合纖維加入到含汞離子模擬廢水的具塞錐形瓶中，模擬 廢水中汞離子濃度(Co)為80mg/L，廢水的pH為10，螯合纖維的加入量為0.5g，模擬廢水體積 為 2OOmL;
[0072] (2)將上述步驟（1)中的具塞錐形瓶放入恒溫振蕩器，振蕩20分鐘，控制溫度為25 °C；
[0073] (3)振蕩結束后，移取IOmL含汞離子廢水，用等離子體原子發(fā)射光譜儀測定汞離子 濃度(Ce);
[0074] (4)計算汞離子吸附去除率:去除率=[(Co-Ce)/Co] X 100 %。
[0075] 去除率均為100 %。
[0076] 以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完 全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1. 一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將功能化試劑2,4_二硝基苯肼與無水碳酸鈉加入三口瓶中，然后加入水-正丁醇混 合溶劑，水浴加熱溶解，得預處理液， 所述2,4-二硝基苯肼質(zhì)量為l-3g，無水碳酸鈉質(zhì)量為0.5-1.5g，溶劑中水和正丁醇體 積比為1:3_4; (2) 稱取0.5-2g聚丙烯腈纖維用去離子水浸泡24小時，使其充分溶脹； (3) 向預處理液中加入步驟(2)浸泡好的聚丙烯腈纖維，在95-1HTC溫度下，電動攪拌， 并采用冷凝裝置回流，反應3.5-4.5小時； (4) 反應完畢后，所得棕黃色產(chǎn)物冷卻，用去離子水反復洗滌至中性，在50-70°C條件下 烘干干燥得含氮氧多配位基螯合纖維。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟 (2)中去離子水中包含DMF，所述DMF與去離子水的質(zhì)量比為0.1-1:100。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于:所述DMF 與去尚子水的質(zhì)量比為0.5:100。4. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(2)為:稱取0.5-2g聚丙烯腈纖維用去離子水和DMF的混合溶液浸泡24小時，使其充分 溶脹。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種汞離子吸附螯合纖維的制備方法，其特征在于:所述含氮 氧多配位基螯合纖維用于吸附水體中汞離子。
【文檔編號】C02F1/28GK105833846SQ201610225150
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】連寧, 唐江宏, 張國華, 劉玉海, 趙德建
【申請人】江蘇理工學院