專利名稱：一種煤基螯合吸附劑的制備方法
一種煤基螯合吸附劑的制備方法 技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于螯合吸附劑的研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤基螯合吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
螯合沉淀法是是利用高分子重金屬螯合劑與水中的重金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，生 成不溶于水的絮狀重金屬絡(luò)合物沉淀，去除廢水中的重金屬離子，應(yīng)用于垃圾焚燒發(fā)電方 面的飛灰重金屬治理方面也有獨(dú)特功效。
常用的高分子重金屬螯合劑是一類具有螯合功能水溶性的高分子，基體具有親水 性的螯合形成基，它與水中的重金屬離子選擇性地反應(yīng)，生成不溶于水的金屬絡(luò)合物，來去 除廢水中的重金屬。但由于重金屬螯合劑一般為水溶性液體，儲運(yùn)困難，且螯合劑與重金屬 離子生成的絮體通常要投加絮凝劑進(jìn)行沉淀分離，不僅增加了工藝難度和運(yùn)行費(fèi)用，在一 些不適于液體投加的領(lǐng)域如煙氣飛灰、土壤重金屬污染等領(lǐng)域，其應(yīng)用受到限制，大大限制 了其適用的范圍。因此，國內(nèi)外的專家學(xué)者試圖將螯合劑的螯合官能團(tuán)通過化學(xué)接枝等手 段固定在顆粒表面，開發(fā)既有螯合基團(tuán)優(yōu)異的螯合性能又有基體良好機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定 性的重金屬離子螯合材料。
XiaoSheng Jing等將N, N’ -雙(羧甲基)二硫代氨基甲酸鈉固定在氯甲基化苯乙 烯-二乙烯苯樹脂(Cl-PS-DVB)母體上制得N，N’-雙(羧甲基)二硫代氨基甲酸樹脂。考 察了其對Cu(II)、Pb(II)和Ni(II)離子的吸附行為和機(jī)理。楊鑫等以大孔苯乙烯-二乙 烯苯樹脂(7%)為母體合成了一種N，N’-雙(羧甲基)二硫代氨基甲酸樹脂，研究了 Pb2+在 樹脂上的吸附行為。最佳吸附pH值為5. 0，靜態(tài)飽和吸附容量為401. 5mg/g。用8%鹽酸溶 液脫附，洗脫率可達(dá)95%。K. A. Venkatesan等通過硅膠先與Y -氨基丙基三乙氧基硅烷(硅 烷偶聯(lián)劑KH-550)反應(yīng)，然后與堿性CS2反應(yīng)。在硅膠表面接枝二硫代氨基甲酸鹽(或酯) 配體(S1- dtc)。改性硅膠表面含有O. 37mmol/g配位點(diǎn)用于去除Co2+。僅當(dāng)溶液pH>7時， 可從溶液中吸提Co2+。吸附、抽提過程并不符合理想的離子交換機(jī)理。孢粉素具有聚合物 結(jié)構(gòu)，適合在其上加載一些官能團(tuán)制備廉價吸附劑從水溶液中去除重金屬離子。Nur Onlil 等研究了金屬離子Cu2+、Pb2+和Cd2+在二硫代氨基甲酸酯-孢粉素上的吸附情況，三種離子 的吸附容量分別達(dá)到O. 2734,0. 4572和O. 0631mmol/g。劉春萍等以聚氯乙烯為大分子骨 架，經(jīng)三乙烯四胺胺化，再與二硫化碳和乙醇鈉反應(yīng)，得到的二硫代氨基羧酸鹽改性聚氯乙 烯樹脂(PV-NS)進(jìn)一步與氯乙酸鈉反應(yīng)，合成了一種同時含N，S，O的羧甲基二硫代氨基甲 酸酯改性聚氯乙烯樹脂(PV-NSO)。合成樹脂對Ag+、Hg2+、Au3+、Pb2+離子的吸附容量分別達(dá) 2. 058mmol/g、1. 514mmoI /g、1. 125mmol/g 和 0. 41 5mmoI /g,而對 Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Mg2+ 等 離子的吸附容量很小，甚至不吸附。樹脂對Ag+的吸附選擇性較好。
但是，發(fā)明人在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，目前的螯合吸附劑研究仍存在基體來源受限，成 本高、效果不夠理想等問題。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的重金屬螯合吸附劑所存在的不足，本發(fā)明提供了一種以煤 為基體，重金屬吸附效果好的煤基螯合吸附劑的制備方法。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由以下步驟組成
(I)量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/L的 NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:0. 4 2 : O. 0025 O. 04，水浴加熱至30 70°C，反應(yīng)3 6小時，制得螯合吸附劑；
(2)將粒徑為O. 075mm 3mm的煤粉加入步驟(I)所制備的螯合吸附劑中，添加量 為每3 7mL的螯合吸附劑中加Ig的煤粉，在60 90°C水浴攪拌反應(yīng)4 7小時，抽濾分 離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
上述步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為 O. 5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳,攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比優(yōu)選 為1:1 2 :0. 005 O. 02，水浴加熱至40 50°C，反應(yīng)3 5小時，制得螯合劑。
上述步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為0.5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:1.5 :0. 01，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合劑劑。
上述步驟(2)中，將預(yù)處理好的煤粉加入吸附劑中，添加量為每4 6mL的螯合吸 附劑中加Ig的煤粉，在80 90°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至 中性，真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
上述步驟(2)中，將預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入螯合吸附劑中，添加量 為每5mL的螯合吸附劑中加Ig的煤粉，在85°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去 離子水洗滌至中性，在60 80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
本發(fā)明的煤基螯合吸附劑的制備方法是以聚丙烯酰胺、CS2和NaOH以合適的比例 反應(yīng)制成螯合吸附劑，再在一定條件下，將煤粉在螯合劑中浸潰改性，制備出機(jī)械性能好， 既有螯合功能又具有吸附功能的煤基螯合吸附劑，該方法所用原料煤資源豐富、價格低，整 個制備工藝簡單，產(chǎn)品性能好，適宜于產(chǎn)業(yè)化，有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為煤基螯合吸附劑與原煤粉的紅外光譜圖。
圖2為原煤粉的掃描電鏡照片。
圖3為煤基螯合吸附劑的掃描電鏡照片。
圖4為煤基螯合吸附劑和原煤粉對Cu2+的吸附動力學(xué)曲線對比。
圖5為煤基螯合吸附劑和原煤粉對Zn2+的吸附動力學(xué)曲線對比。
圖6為煤基螯合吸附劑和原煤粉對Cd2+的吸附動力學(xué)曲線對比。
具體實(shí)施方法
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例與附圖、實(shí)驗(yàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明不 僅限于下述的幾種實(shí)施方式。
實(shí)施例1
現(xiàn)以O(shè). 028mol/L的聚丙烯酰胺IOmL為例，制備煤基螯合吸附劑的方法由以下步驟組成
(I)量取IOmL濃度為O. 028mol/L的聚丙烯酰胺溶液，加入15mL濃度為O. 5mol/ I的NaOH溶液和O.1mL的分析純二硫化碳,攪拌混勻,聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積 比為1:1.5 :0. 01，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合吸附劑。
(2)稱取Ig預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入5mL步驟(I)所制備的螯合吸 附劑中，形成質(zhì)量體積比為1:5的混合液，在85°C熱水浴攪拌反應(yīng)6小時，用常規(guī)的抽濾分 離，用乙醇、去離子水各洗滌3次至中性，在80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例2
現(xiàn)以O(shè). 028mol/L的聚丙烯酰胺IOmL為例，制備煤基螯合吸附劑的方法由以下步 驟組成
(I)量取IOmL濃度為O. 028mol/L的聚丙烯酰胺溶液，加入IOmL濃度為O. 5mol/l 的NaOH溶液和O. 05mL的二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:1:0. 005，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合吸附劑。
(2)稱取Ig預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入4mL步驟(I)所制備的螯合吸 附劑中，形成質(zhì)量體積比為1:4的混合液，在85°C熱水浴攪拌反應(yīng)6小時，用常規(guī)的抽濾分 離，用乙醇、去離子水各洗滌3次至中性，在80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例3
現(xiàn)以O(shè). 028mol/L的聚丙烯酰胺IOmL為例，制備煤基螯合吸附劑的方法由以下步 驟組成
(I)量取IOmL濃度為O. 028mol/L的聚丙烯酰胺溶液，加入20mL濃度為O. 5mol/l 的NaOH溶液和O. 2mL的二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:2:0. 02，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合吸附劑。
(2)稱取Ig預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入6mL步驟(I)所制備的螯合吸 附劑中，形成質(zhì)量體積比為1:6的混合液，在85°C熱水浴攪拌反應(yīng)6小時，用常規(guī)的抽濾分 離，用乙醇、去離子水各洗滌3次至中性，在80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例4
現(xiàn)以O(shè). 028mol/L的聚丙烯酰胺IOmL為例，制備煤基螯合吸附劑的方法由以下步 驟組成
(I)量取IOmL濃度為O. 028mol/L的聚丙烯酰胺溶液，加入4mL濃度為O. 5mol/l 的NaOH溶液和O. 025mL的二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:0. 4 :0. 0025，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合吸附劑。
(2)稱取Ig預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入3mL步驟(I)所制備的螯合吸 附劑中，形成質(zhì)量體積比為1:3的混合液，在85°C熱水浴攪拌反應(yīng)6小時，用常規(guī)的抽濾分 離，用乙醇、去離子水各洗滌3次至中性，在80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例5
現(xiàn)以O(shè). 028mol/L的聚丙烯酰胺IOmL為例，制備煤基螯合吸附劑的方法由以下步 驟組成
(I)量取IOmL濃度為O. 028mol/L的聚丙烯酰胺溶液，加入20mL濃度為O. 5mol/l 的NaOH溶液和O. 4mL的二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:2:0. 04，水浴加熱至50°C，反應(yīng)4小時，制得螯合吸附劑。
(2)稱取Ig預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入7mL步驟(I)所制備的螯合吸附劑中，形成質(zhì)量體積比為1:7的混合液，在85°C熱水浴攪拌反應(yīng)6小時，用常規(guī)的抽濾分離，用乙醇、去離子水各洗滌3次至中性，在80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例6
在上述實(shí)施例1 5的煤基螯合吸附劑的制備方法中，在步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，水浴加熱至40°C，反應(yīng)5小時，制得螯合劑。在步驟(2)中，將預(yù)處理好的粒徑為 2mm的煤粉加入吸附劑中形成混合液，在80°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，在70°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。其它的步驟與相應(yīng)實(shí)施例相同。
實(shí)施例7
在上述實(shí)施例1 5的煤基螯合吸附劑的制備方法中，在步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，水浴加熱至50°C，反應(yīng)3小時，制得螯合劑。在步驟(2)中，將預(yù)處理·好的粒徑為 2mm的煤粉加入吸附劑中形成混合液，在90°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，在80°C烘箱中真空干燥，其它的操作與相應(yīng)實(shí)施例相同，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例8
在上述實(shí)施例1 5的煤基螯合吸附劑的制備方法中，在步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/L的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，水浴加熱至30°C，反應(yīng)6小時，制得螯合吸附劑。
在步驟(2)中，將預(yù)處理好的粒徑為3mm的煤粉加入螯合吸附劑中形成混合液，在 60°C水浴攪拌反應(yīng)7小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，在60°C烘箱中真空干燥，其它的操作與相應(yīng)實(shí)施例相同，得到煤基螯合吸附劑。
實(shí)施例9
在上述實(shí)施例1 5的煤基螯合吸附劑的制備方法中，在步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/L的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，水浴加熱至70°C，反應(yīng)3小時，制得螯合吸附劑。
在步驟(2)中，將預(yù)處理好的粒徑為3mm的煤粉加入螯合吸附劑中形成混合液，在 90V水浴攪拌反應(yīng)4小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，在80°C烘箱中真空干燥，其它的操作與相應(yīng)實(shí)施例相同，得到煤基螯合吸附劑。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，對實(shí)施例1所制備的煤基螯合吸附劑的性能進(jìn)行測試，具體如下
(I)對實(shí)施例1所制備的煤基螯合吸附劑與原煤粉分別用溴化鉀壓片法，在100 200mg溴化鉀(KBr)中加入干燥至恒重的待分析樣品I 2mg,研磨至混合均勻,壓片,采用美國NicOlet380傅立葉紅外光譜儀對樣品進(jìn)行掃描得樣品的紅外譜圖1。
由圖1可知，3464CHT1，2990cm-1和1840CHT1都是CH，CH2的對稱和非對稱振動吸收峰，1625CHT1，1406CHT1和1070(^1是CH2, CH3的彎曲振動吸收峰。煤基螯合吸附劑與原煤粉相比較，煤中的甲基，側(cè)鏈烷基等脂肪基團(tuán)被反應(yīng)成羧基、羥基等其他酸性基團(tuán)，故-CH吸 收峰減弱，產(chǎn)物接枝后，1406CHT1和1296CHT1的主峰消失了，這是中間產(chǎn)物所沒有的羧基和 甲氧基的吸收峰。因此可以說明羧基已經(jīng)被胺化，胺基官能團(tuán)被成功引入煤的官能團(tuán)中。
(2)對所制備的煤基螯合吸附劑與原煤粉的斷面做斷面掃描電鏡(SEM)分析比較， 結(jié)果見圖2和圖3。
由圖2和圖3對比可知，產(chǎn)物的表面被螯合劑所包覆，形成清晰界面。
(3)分別稱取O. 5g煤基螯合吸附劑和O. 5g原煤粉置于250mL的具塞錐形瓶中， 準(zhǔn)確移取50ml濃度為100mg/l的Cu2+、Zn2+、Cd2+溶液分別加入其中，在25°C下分別振蕩 15、30、45、60、75、90min后抽濾分離，收集濾液測定剩余離子濃度，計(jì)算吸附量，結(jié)果參見圖 4、圖5、圖6。
由圖4、圖5、圖6可知，當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，煤基螯合吸附劑對Cu2+、Zn2+、Cd2+離子 的吸附量大于原煤粉對Cu2+、Zn2+、Cd2+離子的吸附量，說明該煤基螯合吸附劑對重金屬離子 的吸附效果明顯優(yōu)于原煤粉。
權(quán)利要求
1.一種煤基螯合吸附劑的制備方法，其特征在于由以下步驟組成 (O量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/L的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:0. 4 2 :O.0025 O. 04，水浴加熱至30 70°C，反應(yīng)3 6小時，制得螯合吸附劑； (2)將粒徑為O. 075mm 3mm的煤粉加入步驟(I)所制備的螯合吸附劑中，添加量為每3 7mL的螯合吸附劑中加Ig的煤粉，在60 90°C水浴攪拌反應(yīng)4 7小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤基螯合吸附劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:1 2 :0. 005 O. 02,水浴加熱至40 50°C，反應(yīng)3 5小時，制得螯合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤基螯合吸附劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，量取聚丙烯酰胺制備成濃度為O. 028mol/L的溶液，加入濃度為O. 5mol/l的NaOH溶液和二硫化碳，攪拌混勻，聚丙烯酰胺與NaOH、二硫化碳的體積比為1:1. 5 :0. 01，水浴加熱至500C，反應(yīng)4小時，制得螯合劑劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤基螯合吸附劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，將預(yù)處理好的煤粉加入吸附劑中，添加量為每4 6mL的螯合吸附劑中加Ig的煤粉，在80 90°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，真空干燥，得到煤基整合吸附劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤基螯合吸附劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，將預(yù)處理好的粒徑為O. 075mm的煤粉加入螯合吸附劑中，添加量為每5mL的螯合吸附劑中加Ig的煤粉，在85°C水浴攪拌反應(yīng)6小時，抽濾分離，用乙醇、去離子水洗滌至中性，在60 80°C烘箱中真空干燥，得到煤基螯合吸附劑。
全文摘要
本發(fā)明一種煤基螯合吸附劑的制備方法，以聚丙烯酰胺、CS2和NaOH以合適的比例反應(yīng)制成螯合吸附劑，再在一定條件下，將煤粉在螯合劑中浸漬改性，制備出機(jī)械性能好，既有螯合功能又具有吸附功能的煤基螯合吸附劑，該方法所用原料煤資源豐富、價格低，整個制備工藝簡單，產(chǎn)品性能好，適宜于產(chǎn)業(yè)化，有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J20/26GK103028379SQ201210594048
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者劉轉(zhuǎn)年 申請人:西安科技大學(xué)