本發(fā)明涉及功能材料和重金屬快速吸附處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于噻唑衍生物功能化超細纖維快速選擇性吸附水中汞離子的方法。

(二)

背景技術(shù)：

隨著人口的增加，工業(yè)化的快速發(fā)展和部分地區(qū)長期干旱，造成地下水和表面水中種類繁多的污染物的傳播已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)關(guān)注的問題。廢水中含有大量重金屬、有機污染物、無機污染物和其他復(fù)雜化合物等，這些污染物大部分是通過廢水排放到環(huán)境中對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成極大傷害，因此迫切需要將這些污染物予以清除，進而改善人類的生存環(huán)境。尤其是工廠排出的廢氣、廢水中含有大量重金屬離子，由于重金屬污染具有隱蔽性和積累性且難以生物降解，通過食物鏈的傳遞，低濃度的重金屬最后能夠以有害效應(yīng)的濃度富集于人和動物體內(nèi)，對其造成極大傷害，因此對廢氣廢水中重金屬離子的分離與回收成為一項亟待解決的任務(wù)，具有富集分離性能的功能性材料的研究也越來越受到關(guān)注。目前，在快速除去廢水中污染物所做出的努力已經(jīng)取得了重大進展，主要包括光催化氧化法、分離與吸附處理和生物修復(fù)等技術(shù)。然而，這些吸附劑受到處理效率、操作方法、能源需求和經(jīng)濟利益等很多因素的限制。

螯合纖維是繼螯合樹脂發(fā)展起來的一類纖維狀高效吸附功能材料，是功能高分子領(lǐng)域的一個重要分支。螯合纖維屬于離子交換纖維中的一類，它具有離子交換纖維所具有的優(yōu)點，同時還具有其他離子交換纖維所沒有的優(yōu)點，例如對離子吸附的高選擇性和更強的吸附能力等。螯合纖維與金屬離子以配位鍵結(jié)合形成穩(wěn)定的多元螯合物，其穩(wěn)定性與配位鍵的數(shù)目、鍵長和價電子密切相關(guān)，從而導(dǎo)致金屬吸附量和選擇性的差異。與其他吸附劑相比較，螯合纖維因比表面積大、吸附動力高、吸附材料廉價、螯合官能團的引入，使其有著吸附容量高、吸附速率快、選擇性好的優(yōu)良性能，受到研究者們的高度重視與研究。

噻唑衍生物分子雜環(huán)中N和S原子上具有孤對電子可與汞離子形成配位絡(luò)合物。本發(fā)明在聚丙烯酸接枝聚丙烯超細纖維的基礎(chǔ)上，通過酰胺縮合劑與噻唑衍生物的縮合反應(yīng)，將對Hg²⁺離子具有高度絡(luò)合能力的噻唑衍生物修飾在超細纖維表面，實現(xiàn)了對水體中汞離子的快速、選擇性、高效吸附去除。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

首先采用酰胺縮合劑活化聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維，然后再與噻唑衍生物分子反應(yīng)制備噻唑衍生物功能化超細纖維，并提供了該纖維在一定pH值條件下，通過選擇性吸附除去水中汞離子的方法。

一種基于噻唑衍生物功能化超細纖維快速吸附水中汞離子的方法，包括以下步驟：

a.噻唑衍生物功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維與酰胺縮合劑置入燒杯中，二者按照超細纖維羧基含量與酰胺縮合劑摩爾比1∶1～3加入，取一定pH值的緩沖溶液，加入燒杯中，室溫25℃下攪拌反應(yīng)0.5～3h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化的超細纖維置于一定pH的緩沖溶液中，按照酰胺縮合劑：噻唑衍生物摩爾比為1∶1～2加入噻唑衍生物分子，室溫下攪拌反應(yīng)1～8h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用；

b.水中汞離子的快速吸附應(yīng)用

取一定量的噻唑衍生物功能化超細纖維，置于含汞及其它重金屬離子的水溶液中，調(diào)節(jié)pH值，攪拌下選擇性吸附汞離子。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1)功能化超細纖維的活性基團大多存在于纖維表面，減少了離子的擴散過程，纖維狀的物理形態(tài)使其與吸附質(zhì)具有較大的接觸面積，而對流體的阻力較小，大大提高了離子交換的速度，吸附量大、效率高，而且使用方便，易于回收；

2)利用噻唑衍生物分子中的N和S原子與金屬離子螯合配位能力較強的優(yōu)勢，通過化學改性將噻唑衍生物功能化修飾在超細纖維表面，大大提高了纖維表面與金屬離子的親和力，提高了吸附容量和去除效率，對汞的選擇性去除尤其明顯。

3)本發(fā)明的制備工藝簡單、成本低廉、便于大規(guī)模制備，功能化材料可將水中汞離子徹底去除，而且所用的功能化分子是生物分子不會造成環(huán)境的二次污染，應(yīng)用于含汞廢水的吸附除去具有操作簡單、成本低、去除率高、選擇性好。

(四)具體實施方式

以下實施例將對本發(fā)明予以進一步說明，但并不因此而限制本發(fā)明。

實施例1

a.2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.0058mol)，0.0058mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.0058mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)0.5h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.0058mol的2-氨基-1，3，4-噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維，分別置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，初始濃度均為12mg/L的溶液中，pH值3.0-8.0，恒溫25℃，水浴振蕩2h取出，測定吸附前后溶液中汞離子的濃度，探索2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維對汞離子的吸附行為。測試結(jié)果表明，在實驗所設(shè)定的pH范圍內(nèi)，功能化超細纖維對汞離子的平衡吸附容量均在13.0mg/g以上，去除率均在98％以上，，取得良好的吸附效果，并耐酸堿性，而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下。

實施例2

a.2-氨基噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.0058mol)，0.0058mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.0058mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)0.5h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.0058mol的2-氨基噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基噻唑功能化超細纖維，分別置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，初始濃度均為12mg/L的溶液中，pH值3.0-8.0，恒溫25℃，水浴振蕩2h取出，測定吸附前后溶液中汞離子的濃度，探索2-氨基噻唑功能化超細纖維對汞離子的吸附行為。測試結(jié)果表明，在實驗所設(shè)定的pH范圍內(nèi)，功能化超細纖維對汞離子的平衡吸附容量均在12.0mg/g以上，去除率均在96％以上，，取得良好的吸附效果，并耐酸堿性，而對其他重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下。

實施例3

a.2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.0058mol)，0.0058mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.0058mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)0.5h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.0058mol的2-氨基-4-噻唑乙酸，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維，分別置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，初始濃度均為12mg/L的溶液中，pH值3.0-8.0，恒溫25℃，水浴振蕩2h取出，測定吸附前后溶液中汞離子的濃度，探索2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維對汞離子的吸附行為。測試結(jié)果表明，在實驗所設(shè)定的pH范圍內(nèi)，功能化超細纖維對汞離子的平衡吸附容量均在10.0mg/g以上，去除率均在90％以上，，取得良好的吸附效果，并耐酸堿性，而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下。

實施例4

a.2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.02mol)，0.04mol N，N′-二異丙基碳二亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 8的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)2h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 5.6的緩沖溶液中，并加入0.04mol的2-氨基-1，3，4-噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維，分別置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螯合纖維對汞離子的平衡吸附容量為12.8mg/g，去除率在97％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下，去除率不到20％。

實施例5

a.2-氨基噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.02mol)，0.04mol N，N′-二異丙基碳二亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 8的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)2h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 5.6的緩沖溶液中，并加入0.04mol的2-氨基噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基噻唑功能化超細纖維，分別置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螯合纖維對汞離子的平衡吸附容量為11.2mg/g，去除率在95％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下，去除率不到20％。

實施例6

a.2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將1.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.02mol)，0.04mol N，N′-二異丙基碳二亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 8的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)2h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 5.6的緩沖溶液中，并加入0.04mol的2-氨基-4-噻唑乙酸，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維，置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螯合纖維對汞離子的平衡吸附容量為9.82mg/g，去除率在90％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在3.50mg/g以下，去除率不到30％。

實施例7

a.2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將2.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.04mol)，0.06mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.06mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)1h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.06mol的2-氨基-1，3，4-噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)2h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-1，3，4-噻唑功能化超細纖維，置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螫合纖維對汞離子的平衡吸附容量為13.8mg/g，去除率在99％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下，去除率不到12％

實施例8

a.2-氨基噻唑功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將2.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.04mol)，0.06mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.06mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)1h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.06mol的2-氨基噻唑，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)2h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基噻唑功能化超細纖維，置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螯合纖維對汞離子的平衡吸附容量為12.9mg/g，去除率在98％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在2.0mg/g以下，去除率不到14％

實施例9

a.2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維的制備

1)活化階段：將2.0g聚丙烯酸接枝改性的聚丙烯超細纖維(羧基含量0.04mol)，0.06mol1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和0.06mol N-羥基琥珀酰亞胺加入到的燒杯中，量取100mLpH 6.0的緩沖溶液，室溫下攪拌反應(yīng)1h；

2)酰胺化反應(yīng)階段：將上述活化纖維置于100mL pH 7.2的緩沖溶液中，并加入0.06mol的2-氨基-4-噻唑乙酸，混合均勻后在室溫下攪拌反應(yīng)2h，待反應(yīng)結(jié)束，用超純水和無水乙醇洗滌多次，以除去附著在纖維上的單體和均聚物，40℃下真空干燥，備用。

b.水中汞離子的快速選擇性吸附應(yīng)用

稱取50mg的2-氨基-4-噻唑乙酸功能化超細纖維，置于含有Hg²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺的50ml水中，pH值調(diào)至6.5，恒溫25℃，水浴振蕩10min取出，功能化螯合纖維對汞離子的平衡吸附容量為10.8mg/g，去除率在93％以上。而對Pb²⁺，Cd²⁺，Ni²⁺和Cu²⁺重金屬離子的平衡吸附量均在4.0mg/g以下，去除率不到35％。