聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法
【專利摘要】聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，本發(fā)明涉及應(yīng)用于水處理的吸附劑，它為了解決傳統(tǒng)吸附劑吸附能力有限且缺乏再生能力的問題。制備方法：一、塊狀玉米芯清洗后烘干，得到干燥玉米芯；二、將吡咯單體溶解于去離子水中，得到吡咯單體溶液；三、將干燥玉米芯置于吡咯單體溶液中，得到混合反應(yīng)液；四、將FeCl3·6H2O溶于去離子水中得到FeCl3溶液，然后滴加到混合反應(yīng)液中得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液；五、從反應(yīng)液中分離出改性玉米芯塊體，清洗烘干后得到玉米芯復(fù)合吸附劑。本發(fā)明利用農(nóng)作物廢料玉米芯作原料，成本低，材料的機械強度高，制得的改性玉米芯復(fù)合吸附劑對水中Cr(VI)的處理效果良好，便于回收。
【專利說明】 聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于水處理的吸附劑，具體涉及一種聚吡咯(PPy)改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來皮革、電鍍等工業(yè)的飛速發(fā)展，水體中重金屬污染問題日趨嚴重，嚴重威脅人類健康。當(dāng)前，吸附技術(shù)是重金屬凈化手段中的應(yīng)用較多的技術(shù)，但是相應(yīng)吸附劑材料普遍存在制備投資大、成本高、回收再利用困難，易引起二次污染等“瓶頸”。因此，開發(fā)成本低廉、環(huán)境友好、可循環(huán)使用的新型吸附材料，對于水體中重金屬的去除具有重要的意義。
[0003]生物質(zhì)材料玉米芯是一種農(nóng)作物廢料，其主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。纖維素屬于多羥基葡萄糖聚合物，分子內(nèi)含有大量親水性的羥基官能團，使其具有一定的親和吸附性，并能夠為水體中重金屬離子的吸附去除提供豐富有效的活性位點。玉米芯具有天然的理想微納米結(jié)構(gòu)，由層狀結(jié)構(gòu)堆積成的孔結(jié)構(gòu)，層厚約300nm，且具有輕質(zhì)、高機械強度、大比表面積、耐高溫等優(yōu)質(zhì)性質(zhì)。導(dǎo)電高分子，特別是聚吡咯(PPy)，其性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水，近年來在Cr(VI)吸附方面體現(xiàn)了重要應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)吸附劑吸附能力有限且缺乏再生能力的問題，而提供聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法。
[0005]本發(fā)明聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法按以下步驟實現(xiàn):
[0006]一、用機械法將玉米芯取出，粉碎成塊狀玉米芯，然后依次用無水乙醇和去離子水對塊狀玉米芯進行清洗，再用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到干燥玉米芯；
[0007]二、將吡咯單體溶解于去離子水中，磁力攪拌均勻，得到吡咯單體溶液；
[0008]三、將步驟一得到的干燥玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中，磁力攪拌均勻，得到混合反應(yīng)液；
[0009]四、將FeCl3.6H20溶于去離子水中，攪拌5?lOmin，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3.6H20與吡咯單體的摩爾比為1:1將FeCl3溶液滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌，得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液；
[0010]五、從步驟四所得的含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液中分離出改性玉米芯塊體，然后依次用無水乙醇和去離子水清洗干凈，最后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑。
[0011]本發(fā)明所選用的吸附材料玉米芯既具有宏觀顆粒的性質(zhì)又具有微觀材料的結(jié)構(gòu)，能夠克服以往宏觀吸附材料比表面積有限及納米材料成本高的缺點，用導(dǎo)電高分子聚吡咯(PPy)對天然玉米芯進行改性，能夠有選擇性的對重金屬進行吸附，有利于資源回收。
[0012]在玉米芯與吡咯單體的質(zhì)量比為l:l，溫度25±l°C、轉(zhuǎn)速r = 150r/min，初始PH=3.0、Cr(VI)的初始濃度Q = 122.85mg/L的實驗條件下，該聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑與Cr(VI)溶液在恒溫空氣振蕩器中接觸反應(yīng)24h。Cr(VI)的去除率可達到98.35%。顯示出本發(fā)明制備得到的吸附劑對水中Cr(VI)有良好的吸附去除作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為原料天然玉米芯的形貌圖；
[0014]圖2為聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的形貌圖；
[0015]圖3為玉米芯微觀結(jié)構(gòu)的電子掃描顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:本實施方式聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法按以下步驟實施:
[0017]一、用機械法將玉米芯取出，粉碎成塊狀玉米芯，然后依次用無水乙醇和去離子水對塊狀玉米芯進行清洗，再用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到干燥玉米芯；
[0018]二、將吡咯單體溶解于去離子水中，磁力攪拌均勻，得到吡咯單體溶液；
[0019]三、將步驟一得到的干燥玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中，磁力攪拌均勻，得到混合反應(yīng)液；
[0020]四、將FeCl3.6H20溶于去離子水中，攪拌5?lOmin，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3.6H20與吡咯單體的摩爾比為1:1將FeCl3溶液滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌，得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液；
[0021]五、從步驟四所得的含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液中分離出改性玉米芯塊體，然后依次用無水乙醇和去離子水清洗干凈，最后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑。
[0022]本實施方式的制備方法簡單，利用農(nóng)作物廢料玉米芯，成本低，材料的機械強度高，制得的改性玉米芯復(fù)合吸附劑的效果好，便于回收，有利于保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0023]本實施方式所用原料玉米芯為塊體狀農(nóng)作物廢料(圖1)，硬而富有彈性，堅固耐用。經(jīng)聚吡咯(PPy)改性的玉米芯吸附劑仍保持其塊體結(jié)構(gòu)，顏色變?yōu)楹谏?圖2)。
[0024]圖3為玉米芯微觀結(jié)構(gòu)的電子掃描顯微鏡照片，由該圖顯示出玉米芯的微觀結(jié)構(gòu)，玉米芯界面清晰均勻，是由薄片層狀結(jié)構(gòu)堆積成的中空結(jié)構(gòu)，層厚約300nm，比表面積很大，有利于吸附過程的進行。生長完聚吡咯后，微觀網(wǎng)絡(luò)片層結(jié)構(gòu)保持不變。
[0025]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟一中所述的塊狀玉米芯的尺寸為0.5?2cm。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟二磁力攪拌的時間為5?lOmin。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0027]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟三按干燥玉米芯和吡咯單體的質(zhì)量比為1?3將步驟一得到的干燥的玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0028]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟三磁力攪拌的時間為3?8h。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0029]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是步驟四按FeCl3.6H20與吡咯單體的摩爾比為1:1將FeCl3溶液滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌，其中攪拌的時間為0.5?1.5h。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0030]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是步驟一和步驟五用鼓風(fēng)干燥箱于45°C?60°C溫度下烘干10?14h。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0031]實施例一:本實施例聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法按以下步驟實現(xiàn):
[0032]—、用機械法將玉米芯取出，粉碎成0.5?2cm大小塊狀玉米芯,然后依次用無水乙醇和去離子水對塊狀玉米芯進行清洗，再用鼓風(fēng)干燥箱于45°C下烘干12h，得到0.2g干燥玉米芯；
[0033]二、將0.2g吡咯單體溶解于50ml去離子水中，磁力攪拌5min，得到吡咯單體溶液；
[0034]三、將步驟一得到的干燥玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中，磁力攪拌4h，得到混合反應(yīng)液；
[0035]四、將0.8g FeCl3.6H20溶于5ml去離子水中，攪拌5?1min,得到FeCl3溶液，再將FeCl3溶液緩慢滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌30min，使其充分反應(yīng)，得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液；
[0036]五、用鑷子從含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液中取出改性玉米芯塊體，然后依次用無水乙醇和去離子水清洗干凈，最后用鼓風(fēng)干燥箱于45°C下烘干12h，得到聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑。
[0037]在玉米芯與吡咯單體的質(zhì)量比為l:l，溫度25±l°C、轉(zhuǎn)速r = 150r/min，初始PH=3.0Xr(VI)的初始濃度Ctl = 122.85mg/L實驗條件下，該聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑與Cr(VI)溶液在恒溫空氣振蕩器中接觸反應(yīng)24h。Cr(VI)的去除率可達到98.35%。
[0038]實施例二:本實施例聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法按以下步驟實現(xiàn):
[0039]—、用機械法將玉米芯取出，粉碎成0.5?2cm大小塊狀玉米芯,然后依次用無水乙醇和去離子水對塊狀玉米芯進行清洗，再用鼓風(fēng)干燥箱于45°C下烘干12h，得到0.2g干燥玉米芯；
[0040]二、將0.4g吡咯單體溶解于10ml去離子水中，磁力攪拌lOmin，得到吡咯單體溶液；
[0041]三、將步驟一得到的干燥玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中，磁力攪拌4h，得到混合反應(yīng)液；
[0042]四、將1.6g FeCl3.6Η20溶于1ml去離子水中，攪拌使其充分溶解，得到FeCl3溶液，再將？冗13溶液緩慢滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌60min，得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液；
[0043]五、用鑷子從含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液中取出改性玉米芯塊體，然后依次用無水乙醇和去離子水清洗干凈，最后用鼓風(fēng)干燥箱于45°C下烘干12h，得到聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑。
[0044]在玉米芯與吡咯單體的質(zhì)量比為1:2，溫度25±1°C、轉(zhuǎn)速r = 150r/min，初始PH=3.0、Cr(VI)的初始濃度Q = 122.85mg/L實驗條件下，該聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑與Cr(VI)溶液在恒溫空氣振蕩器中接觸反應(yīng)24h。Cr(VI)的去除率可達到98.86%。
【權(quán)利要求】
1.聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于是按下列步驟實現(xiàn): 一、用機械法將玉米芯取出，粉碎成塊狀玉米芯，然后依次用無水乙醇和去離子水對塊狀玉米芯進行清洗，再用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到干燥玉米芯； 二、將吡咯單體溶解于去離子水中，磁力攪拌均勻，得到吡咯單體溶液； 三、將步驟一得到的干燥玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中，磁力攪拌均勻，得到混合反應(yīng)液； 四、將FeCl3.6H20溶于去離子水中，攪拌5?lOmin，得到FeCl3溶液，然后按FeCl3.6H20與吡咯單體的摩爾比為1:1將FeCl3溶液滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌，得到含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液； 五、從步驟四所得的含有改性玉米芯塊體的反應(yīng)液中分離出改性玉米芯塊體，然后依次用無水乙醇和去離子水清洗干凈，最后用鼓風(fēng)干燥箱烘干，得到聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟一中所述的塊狀玉米芯的尺寸為0.5?2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟二磁力攪拌的時間為5?1min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟三按干燥玉米芯和吡咯單體的質(zhì)量比為I?3將步驟一得到的干燥的玉米芯置于步驟二的吡咯單體溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟三磁力攪拌的時間為3?8h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟四按FeCl3.6H20與吡咯單體的摩爾比為1:1將FeCl3溶液滴加到步驟三所得的混合反應(yīng)液中，并保持攪拌，其中攪拌的時間為0.5?1.5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚吡咯改性的玉米芯復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于步驟一和步驟五用鼓風(fēng)干燥箱于45°C?60°C的溫度下烘干10?14h。
【文檔編號】C02F1/62GK104383900SQ201410757383
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】王威, 陳煥, 何皎潔, 崔福義, 姜秀, 孫鳳蓮 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)