一种废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂的制备的方法

摘要

本发明公开了一种废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂的制备，并利用所制备的树脂对水中重金属污染物尤其是铜进行吸附处理，属于环境保护领域。树脂的制备过程包括：脱脂棉的制备、脱脂棉的碱预处理、废旧棉花共聚物的制备、共聚物与盐酸羟胺的肟化。本工艺采用废旧棉花进行实验，原料价格低廉，同时属于废物利用；本发明制备工艺简单，操作方便；本发明所制备的树脂对水中铜离子的吸附率超过95%。

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护领域，特别是涉及一种去除水体中重金属污染物吸附剂的发明制备。

背景技术

目前，环境中重金属离子污染相当严重，其中，矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子）是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。而对于重金属铜离子，其对红血球的形成十分重要，过量会刺激消化系统, 长期过量会导致肝硬化，对人体伤害十分严重。

重金属废水对环境特别是对人类自身的危害巨大，目前对水体中重金属离子的处理方法主要是采用纤维素基聚偕胺肟树脂吸附法，该类树脂对金属离子的吸附性能较好。纤维素基聚偕胺肟树脂的制备均是用麻、甘蔗渣、废烟梗、稻草、木屑中的纤维素为基体进行接枝聚合，后经肟化而得。但是甘蔗渣、稻草、木浆中所含纤维素含量仅为40%-50%，废烟梗所含纤维素含量仅为15%-25%，采用此类原料进行制备的同时会产生大量的废弃物，不利于环境保护。而棉花中的纤维素含量却接近100%，为天然的最纯纤维素来源。

本研究以废旧棉花为原材料，利用其中的纤维素为基体与丙烯腈进行接枝共聚，接枝率高，肟化后所得纤维素基聚偕胺肟树脂对重金属离子的吸附效果好，同时，对废旧棉花也起到了重新利用的效果。

发明内容

本发明提供了一种废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂的制备方法，借助废旧棉花本身的纤维素作为接枝共聚的基体来制备纤维素基聚偕胺肟树脂，并研究了改性树脂对水中铜离子的吸附性能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：以废旧棉花中的纤维素为基体，与丙烯腈进行接枝共聚，得棉花聚丙烯腈纤维，然后与盐酸羟胺肟化，将腈基转变为偕胺肟基团，得新型棉花纤维素基聚偕胺肟树脂。其反应方程式如下：

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所述的盐酸的浓度为0.02-0.08mol/L，丙烯腈的用量为棉花质量的1-5倍；聚合温度为20℃-80℃，聚合时间为20-200min。

所述的聚合物与盐酸羟胺肟化中所用的NH₂OH·HCl的用量为共聚物质量的34%，肟化温度为50℃-100℃，优选70℃，肟化时间为1-5h，优选3h。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、以废旧棉花作为合成原料，价格低廉，同时实现了废旧棉花的重复利用，提高了其利用率；

2、以废旧棉花本身含有的纤维素作为纤维素基体，使得合成操作简单方便，同时也大大减少了对环境的污染；

3、棉花中的纤维素含量接近100%，为天然最纯纤维素来源，以其作为基体，接枝共聚率高，对重金属离子的吸附率可达95%。

具体实施方式

实施例1:（1）制备脱脂棉：称取废旧棉花5.0g，加入4%的NaOH溶液至棉花刚好能被淹没，煮沸10min。

（2）脱脂棉的碱预处理：取5.0g的脱脂棉，浸入15%的 NaOH溶液中10min，加入CS₂ 20ml。待棉花呈现浅黄色立即将其取出，迅速用大量蒸馏水冲洗掉CS₂和NaOH溶液，直至洗出液呈中性。

（3）废旧棉花共聚物的制备：称取5.0g脱脂棉，用250ml 0.05mol/L的KMnO₄ 室温浸泡10min，然后将试料移入圆底烧瓶中，并向圆底烧瓶中分别依次加入250ml  0.06 mol/L的盐酸溶液，12ml 丙烯腈，0.6ml左右的二乙烯基苯，通入氮气，聚合反应温度45℃，聚合反应时间40min。反应完成后用二甲基甲酰胺反复浸泡抽提均聚物，最后将聚合物抽滤、水洗、干燥。

（4）共聚物与盐酸羟胺肟化：称取5.0g聚合物，放入50ml加入1.7g的NH₂OH·HCl溶液中，并用碳酸钠调节该溶液的pH为6-7，在70℃下反应3小时。后用0.1mol/L NaOH处理，得低度交联的碱式纤维素基聚偕胺肟。

（5）取该条件下制备的聚偕胺肟树脂0.1g，45℃下对二价铜离子进行吸附振荡，振荡时间90min，测定其对铜离子的吸附率为93%。

实施例2:实验步骤同上，盐酸浓度0.06mol/L,丙烯腈用量9ml，聚合反应温度35℃，聚合反应时间80min，取该条件下制备的废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂0.1g，45℃下对二价铜离子进行吸附振荡，振荡时间90min，测定其对铜离子的吸附率为87%。

实施例3：实验步骤同上，盐酸浓度0.02mol/L,丙烯腈用量9ml，聚合反应温度55℃，聚合反应时间160min，取该条件下制备的废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂0.1g，45℃下对二价铜离子进行吸附振荡，振荡时间90min，测定其对铜离子的吸附率为89%。

实施例4：实验步骤同上，盐酸浓度0.02mol/L,丙烯腈用量6ml，聚合反应温度45℃，聚合反应时间120min，取该条件下制备的废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂0.1g，45℃下对二价铜离子进行吸附振荡，振荡时间90min，测定其对铜离子的吸附率为92%。

实施例5：实验步骤同上，盐酸浓度0.08mol/L,丙烯腈用量12ml，聚合反应温度55℃，聚合反应时间80min，取该条件下制备的废旧棉花纤维素基聚偕胺肟树脂0.1g，45℃下对二价铜离子进行吸附振荡，振荡时间90min，测定其对铜离子的吸附率为95%。