一種利用天然番茄秸稈改性製備重金屬吸附材料的方法

2023-10-09 22:43:34

一種利用天然番茄秸稈改性製備重金屬吸附材料的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用天然番茄秸稈改性製備重金屬吸附材料的方法，它是選用天然成熟的番茄秸稈，進行清洗、搗碎、烘乾、磨粉、過篩、先後經過HNO3和NaOH回流、水洗、乾燥得番茄秸稈纖維素；再通過與NaOH溶液、環氧氯丙烷反應交聯，將交聯的纖維素與3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、二氧六環水溶液和Na2CO3溶液混合，控溫50-60℃條件下反應，最後將產物依次用丙酮、水交叉洗滌，洗淨後真空乾燥即得番茄秸稈吸附材料成品。該製備工藝流程簡捷、耗時短、原料豐富、價格低廉，且對環境友好。
【專利說明】一種利用天然番茄秸稈改性製備重金屬吸附材料的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種吸附重金屬的環保吸附材料，特別涉及一種天然番茄秸杆吸附材料及製備方法。

【背景技術】
[0002]隨著工農業的發展，工農業的重金屬廢水排放不斷加大，例如電鍍、採礦、化工等部門。礦山排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水，以及電解、農藥、醫藥、油漆、顏料等工業的廢水都是重金屬廢水的重要來源。重金屬汙染與其它汙染源不同，其它汙染源經過自然的方式可以自動降解，使其有害性降低或解除，而重金屬汙染很難在環境中自動降解，這些重金屬廢水進入環境或生態系統後，可通過食物鏈進行轉移、積累、放大，對人類和生物造成極大的危害。例如，鉻可通過消化道、呼吸道、皮膚和黏膜侵入人體，可以引起人體全身中毒，對皮膚黏膜的刺激作用，會引起皮炎、溼疹、氣管炎和鼻炎，特別是六價鉻危害最大，六價鉻可以誘發肺癌和鼻咽癌。飲用水中含鉻濃度在0.lmg/L以上時，就會使人嘔吐，侵害腸道和腎臟。灌溉水中濃度為0.lmg/L，可對水稻種子萌芽有抑制作用。還有重金屬銅，銅對人體造血、細胞生長，人體某些酶的活動及內分泌腺功能均有影響。若攝入過量的銅，就會刺激消化系統，引起腹痛、嘔吐，長期過量還會促使肝硬化。銅對低等生物和農作物毒性較大，其濃度達0.1-0.2mg/ L即可使魚類致死。對於農作物，銅可使植物吸收養分的機能受到阻礙，植物吸收銅離子後，即固定於根部皮層，灌溉水中含銅較高時，即在土壤和作物中積累，可使作物枯死。銅對水體自淨作用也有較嚴重影響，濃度為0.lmg/L時，使水的生化耗氧過程明顯地受到抑制。
[0003]目前，含重金屬廢水的的處理方法有化學沉澱法、離子交換法、電化學法、膜分離技術生物處理法、吸附法等，其中吸附法主要是利用高比表面積或具有多孔結構的物質作為吸附材料去吸附重金屬離子。該法的核心是吸附劑的選擇，常用的吸附劑有活性炭、礦物質、分子篩和微生物。活性炭有較強的吸附能力，可以同時吸附多種重金屬離子，去除率高，但再生效率低，處理水質達不到GB標準，價格高，應用被限制；利用微生物作為吸附材料，主要有菌體、藻類和細胞提取物等，這些生物吸附劑對不同的重金屬離子表現出不同的吸附能力，但其吸附效果受外界環境因素和水體PH值的影響較大。近年來逐步研究出一類農作物秸杆吸附材料，其中番茄秸杆中含有豐富的纖維素，纖維素鏈中的葡萄糖基環上的羥基可以進行酯化，酶化和共聚反應，因此可將番茄秸杆通過處理，改性製備成一種低成本的的重金屬吸附材料。
[0004]我國作為一個農業大國，農作物秸杆產量很大，農作物秸杆綜合利用主要有三種途徑:一是作為農用肥料；二是作為飼料；三是是作為基料。作為肥料，秸杆還田最大的問題在於難以將秸杆梨耕到土壤中，即使秸杆被成功地梨耕到土壤中，在犁溝中的秸杆股形成過程中也可能引發問題，即不能以足夠速度進行分解，而在下一次耕作時露出地表。此夕卜，犁溝中的秸杆股也將會阻礙作物的根系向土壤深層生長；秸杆作為飼料，秸杆富含纖維素、木質素、半纖維素等非澱粉類大分子物質，作為粗飼料營養價值低；秸杆作為培養土的基料使用時，其利用率也很低。而把番茄秸杆改性製備成一種低成本的的重金屬吸附材料，將大大提聞稻杆的利用效率。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種利用天然番茄秸杆改性製備重金屬吸附材料的方法。該方法製備的吸附材料成本低廉、吸附量大、且不易造成二次汙染。
[0006]為實現這一目的，本發明採用天然番茄秸杆作為原料來源，具體步驟是通過以下技術路線實現的:
⑴選用天然成熟的番茄秸杆，進行清洗、搗碎、烘乾或曬乾；
⑵將烘乾或曬乾的番茄秸杆磨成粉，並過70目篩；
⑶用7%-9%的HNO3回流2-3h，再用3%-5%Na0H回流l_2h，水洗後乾燥得番茄秸杆纖維素；
⑷取製得的纖維素10_20g置於三頸瓶中，依次加入20ml濃度為2_3mo/L的NaOH溶液、60ml環氧氯丙燒,加熱回流l_2h,過濾；
(5)以丙酮和水交叉洗滌至中性，在60-80°C下乾燥得淺黃色交聯纖維素；
(6)在裝有回流冷凝管和攪拌器的三頸瓶中加入一定量的已交聯的纖維素、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、lmol/L 二氧六環水溶液和lmol/L Na2CO3溶液，輕輕震蕩搖勻；
(7)控溫50-60°C條件下攪拌反應一定時間後濾出產物；
⑶將產物依次用丙酮、水交叉洗滌3次；
O)洗淨後真空乾燥得2-羥基-3-磺酸基丙基纖維素醚，即一種番茄秸杆吸附材料。
[0007]優先地，所述加入的3-氯-2-羥基丙磺酸鈉的製備方法包括如下步驟:
⑴在裝有攪拌器、滴液漏鬥和冷凝管的三頸瓶中加入適量水、焦亞硫酸鈉和催化劑； ⑵在磁力攪拌下，升溫至75-80°C，漫漫滴加環氧氯丙烷；
(3)加料完畢，於85°C下反應4_5h，將反應物趁熱倒出；
⑷把到出反應物冷卻至5°C以下使產物結晶，離心脫去溶劑，經重結晶得精品。
[0008]本發明具有下列優點和特性:
⑴與現有技術相比，製備過程簡單，不破壞秸杆的羥基和酚基官能團，保證有效吸附成分的含量；
⑵相對於傳統的吸附劑，這種製備方法成本低廉，環境友好；
⑶這種吸附劑吸附效果優異，是一種優良的吸附重金屬的吸附材料，具有廣泛的應用前景。

【具體實施方式】
[0009]實施例一:
選用天然成熟的番茄秸杆，進行清洗、搗碎、烘乾、磨粉、並過70目篩，用7%的HNO3回流2h，再用3%Na0H回流lh，水洗後乾燥；取製得的乾燥物1g置於三頸瓶中，依次加入20ml濃度為2mo/L的NaOH溶液、60ml環氧氯丙烷，加熱回流lh，過濾，以丙酮和水交叉洗滌3_4次，在60°C下乾燥得淺黃色交聯纖維素；在裝有回流冷凝管和攪拌器的三頸瓶中加入一定量的已交聯的纖維素，3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、lmol/L 二氧六環水溶液和lmol/L Na2CO3溶液，在50°C條件下攪拌反應一定時間後濾出產物，將產物依次用丙酮、水交叉洗滌3次；洗淨後真空乾燥得2-羥基-3-磺酸基丙基纖維素醚，即一種番茄秸杆吸附材料。
[0010]實施例二:
選用天然成熟的番茄秸杆，進行清洗、搗碎、烘乾、磨粉、並過70目篩，用9%的HNO3回流3h，再用5%Na0H回流2h，水洗後乾燥得番茄秸杆纖維素；取製得的纖維素20g置於三頸瓶中，依次加入20ml濃度為3mo/L的NaOH溶液、60ml環氧氯丙烷，加熱回流2h，過濾，以丙酮和水交叉洗滌至中性，在80°C下乾燥得淺黃色交聯纖維素；在裝有回流冷凝管和攪拌器的三頸瓶中加入一定量的已交聯的纖維素，3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、lmol/L 二氧六環水溶液和lmol/L Na2CO3溶液，輕輕震蕩搖勻，控溫60°C條件下攪拌反應一定時間後濾出產物，將產物依次用丙酮、水交叉洗滌3次；洗淨後真空乾燥得2-羥基-3-磺酸基丙基纖維素醚，即一種番爺稻杆吸附材料。
[0011]實施例三:
選用天然成熟的番茄秸杆，進行清洗、搗碎、烘乾、磨粉、並過70目篩，用8%的HNO3回流3h，再用4%NaOH回流2h，用水洗後乾燥得番茄秸杆纖維素；取製得的纖維素20g置於三頸瓶中，依次加入20ml濃度為3mo/L的NaOH溶液、60ml環氧氯丙烷，加熱回流2h，過濾；以丙酮和水交叉洗滌至中性，在70°C下乾燥得淺黃色交聯纖維素；將取製得的交聯纖維素30g倒入燒杯中，燒杯置於20°C水浴環境中，再往燒杯加入亞硫酸氫納20g，亞硫酸納20g、水10g,並用電動攪拌器不停攪拌，反應2h後，再往容器中加入lmol/L 二氧六環水溶液10ml和lmol/L Na2CO3溶液100ml，控溫60°C條件下反應Ih後濾出產物，將產物依次用丙酮、水交叉洗滌3次；洗淨後真空乾燥得2-羥基-3-磺酸基丙基纖維素醚，即一種番茄秸杆吸附材料。
【權利要求】
1.一種利用天然番茄秸杆改性製備重金屬吸附材料的方法，其特徵在於，該製備方法按以下步驟進行: ⑴選用天然成熟的番茄秸杆，進行清洗、搗碎、烘乾、磨粉、過篩； ⑵將過篩的粉末用7%-9%的HNO3回流2-3h，再用3%-5%Na0H回流l_2h，水洗後乾燥得番茄秸杆纖維素； (3)取步驟⑵製得的纖維素10-20g置於三頸瓶中，依次加入20ml濃度為2_3mo/L的NaOH溶液、60ml環氧氯丙燒,加熱回流l_2h,過濾； (4)以丙酮和水交叉洗滌至中性，在60-80°C下乾燥得淺黃色交聯纖維素； (5)在裝有回流冷凝管和攪拌器的三頸瓶中加入一定量的已交聯的纖維素、3-氯-2-羥基丙磺酸鈉、lmol/L 二氧六環水溶液和lmol/L Na2CO3溶液，輕輕震蕩搖勻； (6)控溫50-60°C條件下攪拌反應一定時間後濾出產物； (7)將產物依次用丙酮、水交叉洗滌3次； (8)洗淨後真空乾燥得2-羥基-3-磺酸基丙基纖維素醚，即一種番茄秸杆吸附材料。
2.根據權利要求1所述的一種利用天然番茄秸杆改性製備重金屬吸附材料的方法，其特徵在於，在步驟⑴中所過的篩為70目。
3.根據權利要求1所述的一種利用天然番茄秸杆改性製備重金屬吸附材料的方法，其特徵在於，在步驟(5)中加料順序依次是先加已交聯的纖維素和3-氯-2-羥基丙磺酸鈉，再加入二氧六環水溶液和Na2CO3溶液。
4.根據權利要求1所述的一種利用天然番茄秸杆改性製備重金屬吸附材料的方法，其特徵在於，在步驟(5)中所述加入的3-氯-2-羥基丙磺酸鈉的製備方法包括如下步驟: ⑴在裝有攪拌器、滴液漏鬥和冷凝管的三頸瓶中加入適量水、焦亞硫酸鈉和催化劑； ⑵在磁力攪拌下，升溫至75-80°C，漫漫滴加環氧氯丙烷； (3)加料完畢，於85°C下反應4-5h，將反應物趁熱倒出； ⑷把到出反應物冷卻至5°C以下使產物結晶，離心脫去溶劑，經重結晶得精品。
【文檔編號】C02F101/20GK104383888SQ201410639356
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】王勝 申請人:王勝