專利名稱：一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化學工業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種制備陰離子交換劑的方法，即利用農(nóng)作物天然纖維采用化學處理和微波輻射改性制備用于專門吸附和交換工業(yè)廢水中各類陰離子的纖維狀離子交換劑。
背景技術(shù)：
離子交換劑是一種吸附與分離材料。近年來，隨著人們對環(huán)境保護問題的日益重視，離子交換劑廣泛應(yīng)用于液相污染物的處理和控制，因而得到了很大的發(fā)展。與化學結(jié)構(gòu)相似的傳統(tǒng)顆粒狀樹脂型離子交換劑相比，離子交換纖維具有外比表面積大和反離子在纖維骨架載體內(nèi)傳質(zhì)距離短等特點，因此在離子交換與吸附過程中，具有明顯的反應(yīng)動力學優(yōu)勢。其制備方法一般包括聚合物混合成纖法、接枝共聚改性法、原始纖維進行化學改性法等。聚合物混合成纖法工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，應(yīng)用范圍受到限制；而接枝共聚法制備的離子交換劑時接枝率不高，其交換吸附的效果也不理想。原始纖維化學改性法，可以利用農(nóng)作物天然纖維，具有較廣闊的前景。然而，由天然纖維化學改性法制備的離子交換劑，由于表面官能團較弱，表面活性不強，其交換容量和交換速度不夠大。
傳統(tǒng)的陰離子交換劑的制備方法一般從高分子聚合物纖維出發(fā)，采用接枝改性等方法，所制得的離子交換劑的吸附交換性能不夠理想，如采用鈷60輻射改性，則成本增高、制備過程安全保障要求也很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，該方法制得的陰離子交換劑法的陰離子交換吸附效果好，且工藝簡單、成本低廉。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，其特征在于它包括如下步驟1)硝化處理將農(nóng)作物廢棄纖維和質(zhì)量濃度為5～8％的硝酸混合，其中農(nóng)作物廢棄纖維與質(zhì)量濃度為5～8％的硝酸按100g∶500mL比例選取，煮沸1-2小時(100～105℃)進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性；2)交聯(lián)處理加入質(zhì)量濃度2～8％的氫氧化鈉溶液煮沸1-2小時，質(zhì)量濃度2～8％的氫氧化鈉溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按400mL∶100g比例選取，蒸餾水洗至中性；再加入質(zhì)量濃度20～40％氫氧化鈉溶液，質(zhì)量濃度20～40％氫氧化鈉溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按300mL∶100g比例選取，攪拌1-2小時，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥或真空干燥，得到試樣；3)微波輻射處理將試樣采用2～3GHz微波在功率500-800W時進行微波輻射改性20-60min，得產(chǎn)品。
為了進一步提高陰離子交換劑的使用效果，延長使用壽命，還可對產(chǎn)品進行后續(xù)處理，即將步驟3)得到的產(chǎn)品加入質(zhì)量濃度為10～40％三甲胺溶液或質(zhì)量濃度為10～40％三乙胺溶液，質(zhì)量濃度為10～40％三甲胺溶液或質(zhì)量濃度為10～40％三乙胺溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按200mL∶100g比例選取，在50～70℃反應(yīng)2-4小時，過濾干燥，得到處理后的產(chǎn)品。后續(xù)處理過的產(chǎn)品一方面接枝新的胺基官能基團，增強離子交換效果，另一方面，可加強微波輻射改性所引入的氧基官能團，使其附著更牢固，適于多次再生處理，延長使用壽命。
所述的農(nóng)作物廢棄纖維為稻桿、玉米秸稈、廢麻絲或廢棉等。農(nóng)作物廢棄纖維一般采用8-12mm。
本發(fā)明采用價格低廉的農(nóng)作物纖維為原料，在對農(nóng)作物纖維化學處理的基礎(chǔ)上，進一步采用微波輻射改性，從而在纖維表面產(chǎn)生大量活性自由基團，增大表面反應(yīng)活性，從而接枝較多的氧基官能團。微波還可以使纖維細胞內(nèi)的蒸汽壓增高，更易于形成液體和蒸汽容易通過的微孔通道，明顯改善纖維通透性，大大提高針對陰離子的交換吸附效果。與其它輻射改性采用的鈷60γ射線相比，微波輻射更安全可靠，控制容易，效果相當。本發(fā)明工藝簡單、成本低廉，所制備的陰離子交換劑交換容量大、交換速度快、使用性能穩(wěn)定，特別適合處理含陰離子的廢水。
具體實施例方式
實施例1將100g麻纖維(廢麻絲)與500mL質(zhì)量濃度為5％硝酸煮沸2小時(100～105℃)，蒸餾水洗至中性；加入質(zhì)量濃度為5％氫氧化鈉溶液400mL，再煮沸1小時，蒸餾水洗至中性；與300mL質(zhì)量濃度為40％氫氧化鈉混合攪拌1小時，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥；取出纖維用2.45GHz微波在750W輸入功率下，輻射改性30min；加入200mL質(zhì)量濃度為20％三甲胺鹽溶液，60℃反應(yīng)3小時，過濾干燥，得陰離子交換劑。
實施例2將100g稻桿纖維與500mL質(zhì)量濃度為7％硝酸煮沸2小時，蒸餾水洗至中性；加入質(zhì)量濃度為7％氫氧化鈉溶液400mL，再煮沸2小時，蒸餾水洗至中性；與300mL質(zhì)量濃度為30％氫氧化鈉混合攪拌2小時，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥；取出纖維用2.45GHz微波在600W輸入功率下，輻射改性45min；加入200mL質(zhì)量濃度為30％三甲胺鹽溶液，65℃反應(yīng)2小時，過濾干燥。測定對耐曬翠藍染料廢水的交換吸附效果，取5g樣品在室溫和不攪拌的情況下，交換吸附200ml濃度為20ppm的耐曬翠藍染料廢水，10分鐘內(nèi)的離子交換率85％以上。
實施例3將100g玉米秸稈纖維與500mL質(zhì)量濃度為6％硝酸煮沸2小時，蒸餾水洗至中性；加入質(zhì)量濃度為8％氫氧化鈉溶液400mL，再煮沸2小時，蒸餾水洗至中性；與300mL質(zhì)量濃度為40％氫氧化鈉混合攪拌2小時，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥；取出纖維用2.76GHz微波在800W輸入功率下，輻射改性40min；加入200mL質(zhì)量濃度為30％三甲胺鹽溶液，60℃反應(yīng)2小時，過濾干燥。測定對砷酸根離子的交換吸附效果，取5g樣品在室溫和不攪拌的情況下，交換吸附200ml濃度為20ppm的砷酸根離子的廢水，5分鐘內(nèi)的交換容量達3.9mmol/g。
實施例4一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，包括如下步驟1)硝化處理將100g稻桿纖維和500mL質(zhì)量濃度為5％的硝酸混合，煮沸1小時(100～105℃)進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性，過濾(去掉濾液)，得濾上物；2)交聯(lián)處理在步驟1)得到的濾上物中加入400mL質(zhì)量濃度2％的氫氧化鈉溶液煮沸1小時，蒸餾水洗至中性；再加入300mL質(zhì)量濃度20％氫氧化鈉溶液，攪拌1小時，洗凈真空干燥，得到試樣；3)微波輻射處理將試樣采用2GHz微波在功率500W時進行微波輻射改性60min，得產(chǎn)品。
實施例5一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，它包括如下步驟1)硝化處理將100g廢棉棄纖維和500mL質(zhì)量濃度為8％的硝酸混合，煮沸2小時(100～105℃)進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性，過濾(去掉濾液)，得濾上物；2)交聯(lián)處理在步驟1)得到的濾上物中加入400mL質(zhì)量濃度8％的氫氧化鈉溶液煮沸2小時，蒸餾水洗至中性；再加入300mL質(zhì)量濃度40％氫氧化鈉溶液，攪拌2小時，洗凈真空干燥，得到試樣；3)微波輻射處理將試樣采用3GHz微波在功率800W時進行微波輻射改性20min，得產(chǎn)品。
實施例6一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，它包括如下步驟1)硝化處理將100g秸稈纖維和500mL質(zhì)量濃度為8％的硝酸混合，煮沸1.5小時(100～105℃)進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性，過濾(去掉濾液)，得濾上物；2)交聯(lián)處理在步驟1)得到的濾上物中加入400mL質(zhì)量濃度4％的氫氧化鈉溶液煮沸1.5小時，蒸餾水洗至中性；再加入300mL質(zhì)量濃度30％氫氧化鈉溶液，攪拌1.5小時，洗凈真空干燥，得到試樣；3)微波輻射處理將試樣采用2.5GHz微波在功率600W時進行微波輻射改性40min；4)將步驟3)得到的產(chǎn)品加入200mL質(zhì)量濃度為10％三乙胺溶液，在70℃反應(yīng)4小時，過濾干燥，得到處理后的產(chǎn)品。后處理過的產(chǎn)品引入新的胺基官能團，且加強微波輻射改性引入的官能基團，其離子交換效果更佳。
實施例7與實施例6基本相同，不同之處僅在于三乙胺溶液的質(zhì)量濃度為40％。
權(quán)利要求
1.一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，其特征在于它包括如下步驟1)硝化處理將農(nóng)作物廢棄纖維和質(zhì)量濃度為5～8％的硝酸混合，其中農(nóng)作物廢棄纖維與質(zhì)量濃度為5～8％的硝酸按100g∶500mL比例選取，煮沸1-2小時進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性；2)交聯(lián)處理加入質(zhì)量濃度2～8％的氫氧化鈉溶液煮沸1-2小時，質(zhì)量濃度2～8％的氫氧化鈉溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按400mL∶100g比例選取，蒸餾水洗至中性；再加入質(zhì)量濃度20～40％氫氧化鈉溶液，質(zhì)量濃度20～40％氫氧化鈉溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按300mL∶100g比例選取，攪拌1-2小時，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥或真空干燥，得到試樣；3)微波輻射處理將試樣采用2～3GHz微波在功率500-800W時進行微波輻射改性20-60min，得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，其特征在于所述的步驟3)得到的產(chǎn)品加入質(zhì)量濃度為10～40％三甲胺或三乙胺溶液，質(zhì)量濃度為10～40％三甲胺或三乙胺溶液與農(nóng)作物廢棄纖維按200mL∶100g比例選取，在50～70℃反應(yīng)2-4小時，過濾干燥，得到處理后的產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，其特征在于所述的農(nóng)作物廢棄纖維為稻桿、玉米秸稈、廢麻絲或廢棉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備陰離子交換劑的方法。一種利用農(nóng)作物纖維制備陰離子交換劑的方法，其特征在于它包括如下步驟1)硝化處理將農(nóng)作物廢棄纖維和質(zhì)量濃度為5～8％的硝酸混合，煮沸1－2小時進行硝化處理，用蒸餾水洗至中性；2)交聯(lián)處理加入質(zhì)量濃度2～8％的氫氧化鈉溶液煮沸1－2小時，蒸餾水洗至中性；再加入質(zhì)量濃度20～40％氫氧化鈉溶液，經(jīng)蒸餾水和丙酮洗后，過濾干燥或真空干燥，得到試桿；3)微波輻射處理將試樣采用2～3GHz微波在功率500－800W時進行微波輻射改性20－60min，得產(chǎn)品。本方法制備的陰離子交換劑具有較高的離子交換容量，離子交換速度快，性能穩(wěn)定，可重復(fù)再生，且制備工藝簡單、原料成本低廉，產(chǎn)品特別適合處理含陰離子的廢水。
文檔編號B01J41/16GK101036897SQ200710051399
公開日2007年9月19日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者郭嘉, 陳延林, 羅曄, 李世榮, 陳啟明, 樊慶春, 黃寬 申請人:武漢工程大學