一種玉米芯改性材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及改性材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種玉米芯改性材料及其制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米芯主要由纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成，據(jù)測(cè)定玉米芯含有水分77%，可溶性無(wú)氮物 52. 9%，粗纖維33. 1%，粗蛋白2%~6%，粗脂肪0. 5%以及灰分3. 2%。玉米芯的化學(xué)結(jié)構(gòu)中 含有羧基、氨基、苯環(huán)等活潑性化學(xué)基團(tuán)，能與重金屬離子發(fā)生離子交換吸附或化學(xué)吸附作 用。另外，玉米芯具有多孔結(jié)構(gòu)，通過物理吸附原理來(lái)達(dá)到進(jìn)行吸附的效果，通過物理吸附 的物質(zhì)，便于吸附劑的再生及回收。
[0003] 然而，僅僅依靠玉米芯本身具有的吸附能力來(lái)吸附重金屬離子廢液是不夠的，通 過改性可以實(shí)現(xiàn)玉米芯的高效吸附。玉米芯的主要改性方法之一是化學(xué)方法，該類方法是 利用化學(xué)藥劑來(lái)改變玉米芯結(jié)構(gòu)的目的，同時(shí)利用化學(xué)藥劑增加玉米芯表面活性官能團(tuán)的 數(shù)量，提高吸附重金屬離子的能力。接枝共聚反應(yīng)是化學(xué)改性中的一個(gè)重要的方法，宋艷等 人采用NaHS0 3/H202氧化還原引發(fā)體系，以甲基丙烯酸、丙烯酰胺為混合單體，合成玉米芯接 枝共聚物，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明對(duì)重金屬的吸附能力有所提高，但還存在著對(duì)重金屬離子的選擇性 不強(qiáng)，吸附效果較差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有玉米芯改性材料的技術(shù)問題，提供一種玉米芯改性材 料，所述玉米性改性材料對(duì)重金屬離子的吸附效果好，且有效地的提高了吸附選擇性。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種玉米芯改性材料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種玉米芯改性材料的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方法來(lái)解決： 一種玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 51. 玉米芯經(jīng)過干燥、粉碎，得到粒徑為90~160目的玉米芯粉； 52. 將Sl中所述玉米芯粉在室溫下用氫氧化鈉溶液浸泡后，洗滌至中性后得到濾渣； 將濾渣在室溫下用硝酸溶液浸泡后，洗滌至中性后干燥得到預(yù)處理玉米芯粉； 53. 將預(yù)處理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引發(fā)劑，再加入單體，反應(yīng)溫度為25°C~ 40°C，反應(yīng)1~2. 5小時(shí)，分離得到粗產(chǎn)物； 所述引發(fā)劑為NaHSO3和（NH4)2S2O 8, NaHSO3與（NH4)2S2O8的質(zhì)量比為1 :2~3 ;所述單 體為丙烯酰胺和α -甲基丙烯酸，α -甲基丙烯酸與丙烯酰胺的質(zhì)量比為3 :1 ;所述單體與 預(yù)處理玉米芯粉的質(zhì)量比為3:1，所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單體質(zhì)量的2%~4% ; 54. 將S3中所述粗產(chǎn)物用水和乙醇反復(fù)沉析，干燥后得到所述玉米芯改性材料。
[0008] 本發(fā)明所述玉米芯粉為多孔結(jié)構(gòu)，且表面含有羧基、氨基、苯環(huán)等活潑性化學(xué)基 團(tuán)，因此，玉米芯粉對(duì)重金屬離子的吸附機(jī)理包含了物理吸附、化學(xué)吸附等，且物理吸附與 化學(xué)吸附存在著協(xié)同作用。由于不同重金屬離子的離子半徑、電荷量等性質(zhì)不同，因此玉米 芯粉的對(duì)各種重金屬離子的吸附效果各不相同。
[0009] -方面，不同粒徑玉米芯粉的多孔結(jié)構(gòu)和比表面積有較大差異，S2中氫氧化鈉溶 液、硝酸溶液的浸泡的改性效果也有較大影響，因此對(duì)重金屬離子的物理吸附效果以及后 續(xù)改性的效果等存在較大影響；另一方面，對(duì)上述步驟改性后的玉米芯粉的化學(xué)改性，S3 中的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑的用量和單體的用量對(duì)所得改性材料的性能有重要影響。 因此，本發(fā)明通過上述改性步驟處理，發(fā)揮了玉米芯粉物理吸附和化學(xué)吸附的協(xié)同作用，獲 得吸附效果好，選擇性強(qiáng)的改性材料。
[0010] 本發(fā)明Sl中玉米芯的干燥溫度為60~80°C，發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)該干燥溫度條件下 可大幅增大所得玉米芯粉的比表面積以及將玉米芯更多的表面基團(tuán)暴露出來(lái)，便以接枝以 及提供重金屬離子吸附活性點(diǎn)。
[0011] 玉米芯的粒徑的大小一方面可提供較多的活性點(diǎn)，另一方面粒徑過細(xì)會(huì)導(dǎo)致后續(xù) 水與吸附劑分離困難。優(yōu)選地，Sl中所述玉米芯粉的粒徑為90~120目。進(jìn)一步優(yōu)選的， Sl中所述玉米芯粉的粒徑為100目。
[0012] 氫氧化鈉溶液和硝酸溶液的濃度過高將導(dǎo)致玉米芯水解嚴(yán)重或氧化過重，而影響 后續(xù)的接枝效率，然而濃度較低時(shí)卻也無(wú)法使玉米芯粉獲得適宜數(shù)量的表面基團(tuán)，優(yōu)選地， S2中氫氧化鈉溶液、硝酸溶液的濃度為0. 5mol/L~lmol/L，浸泡時(shí)間為8~24小時(shí)，在此 濃度和浸泡時(shí)間內(nèi)對(duì)玉米芯粉的活化效果最好。
[0013] 為了讓玉米芯粉充分溶脹，以獲得更好的改性效果，優(yōu)選地，S3中預(yù)處理玉米芯粉 浸泡至全部沉降。
[0014] 優(yōu)選地，S3中反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，似批03與（NH 4)2S2O8的質(zhì)量比 為I :2. 2,所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單體質(zhì)量的2%。
[0015] 溫度過高會(huì)導(dǎo)致玉米芯粉表面有碳化可能，且在此溫度下干燥獲得的改性材料表 面基團(tuán)的活性不受破壞，更容易與廢水中的重金屬離子結(jié)合。優(yōu)選地，S4中干燥的溫度為 60 ~80°C〇
[0016] 一種上述玉米芯改性材料的制備方法得到的玉米芯改性材料。玉米芯是一種具有 良好重金屬離子吸附性能的天然產(chǎn)物，所述玉米芯改性材料以為基材，通過物理處理和化 學(xué)改性獲得了吸附效果好，重金屬離子選擇性強(qiáng)的改性材料，具體地，其對(duì)Cu 2+吸附量達(dá)到 8 mg/g以上，比常規(guī)改性玉米芯的吸附量高出60%以上，同時(shí)對(duì)Cd2+、Pb2+的選擇性吸附效 果更好。
[0017] 一種上述玉米芯改性材料在吸附廢水中重金屬離子中的應(yīng)用。所述重金屬離子為 Cu2+、Cd2+、Pb2+等。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明提供了一種玉米芯改性材料及其制備方法和應(yīng)用，通過對(duì)特殊工藝條件下的物 理改性和化學(xué)改性，充分發(fā)揮了玉米芯物理吸附和化學(xué)吸附的協(xié)同作用，吸附效果好，對(duì)重 金屬離子選擇性強(qiáng)，所述玉米芯改性材料對(duì)Cu 2+吸附量達(dá)到8 mg/g以上，比常規(guī)改性玉米 芯的吸附量高出60%以上，同時(shí)對(duì)Cd2+、Pb2+的選擇性吸附效果更好。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明可以結(jié)合以下具體實(shí)施例進(jìn)一步解釋和闡明，但具體實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明 有任何形式的限定。
[0020] 以下實(shí)施例中，所用的藥品和設(shè)備如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
51. 玉米芯經(jīng)過干燥、粉碎，得到粒徑為90~160目的玉米芯粉；
52. 將Sl中所述玉米芯粉在室溫下用氫氧化鈉溶液浸泡后，洗滌至中性后得到濾渣； 將濾渣在室溫下用硝酸溶液浸泡后，洗滌至中性后干燥得到預(yù)處理玉米芯粉；
53. 將預(yù)處理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引發(fā)劑，再加入單體，反應(yīng)溫度為25°C~ 40°C，反應(yīng)1~2. 5小時(shí)，分離得到粗產(chǎn)物； 所述引發(fā)劑為NaHSO3和（NH4)2S 2O8, NaHSO3與（NH4)2S2O8的質(zhì)量比為1 :2~3 ;所述單 體為丙烯酰胺和a -甲基丙烯酸，a -甲基丙烯酸與丙烯酰胺的質(zhì)量比為3 :1 ;所述單體與 預(yù)處理玉米芯粉的質(zhì)量比為3:1，所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單體質(zhì)量的2%~4% ;
54. 將S3中所述粗產(chǎn)物用水和乙醇反復(fù)沉析，干燥后得到所述玉米芯改性材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，Sl中干燥的溫度為 60 ~80°C〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，SI中所述玉米芯粉 的粒徑為100~120目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，S2中氫氧化鈉溶 液、硝酸溶液的濃度為〇? 5mol/L~lmol/L，浸泡時(shí)間為8~24小時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，S3中預(yù)處理玉米芯 粉浸泡至全部沉降。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，S3中反應(yīng)溫度為 30°C，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，NaHSOg (NH4)2S2O8的質(zhì)量比為I :2. 2,所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單 體質(zhì)量的2%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述玉米芯改性材料的制備方法，其特征在于，S4中干燥的溫度為 60 ~80°C〇
8. -種如權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述玉米芯改性材料的制備方法得到的玉米芯改 性材料。
9. 一種如權(quán)利要求8所述玉米芯改性材料在吸附廢水中重金屬離子中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及改性材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種玉米芯改性材料及其制備方法和應(yīng)用。所述改性材料的制備方法包括以下步驟：S1.經(jīng)干燥粉碎后得到90～160目的玉米芯粉；S2.玉米芯粉經(jīng)氫氧化鈉溶液和硝酸溶液的浸泡后得到預(yù)處理玉米芯粉；S3.將預(yù)處理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引發(fā)劑，再加入單體，反應(yīng)溫度為25℃～40℃，反應(yīng)1～2.5小時(shí)，分離得到粗產(chǎn)物；S4. 對(duì)粗產(chǎn)物進(jìn)行純化處理后得到玉米芯改性材料。所述玉米芯改性材料充分發(fā)揮了玉米芯物理吸附和化學(xué)吸附的協(xié)同作用，吸附效果好，對(duì)重金屬離子選擇性強(qiáng)。
【IPC分類】B01J20-24, B01J20-30, C02F101-20, C02F1-28
【公開號(hào)】CN104874361
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510129588
【發(fā)明人】龔圣, 周新華
【申請(qǐng)人】仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日