[发明专利]污染水体重金属吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于植物化学和吸附科学领域，具体涉及污染水体重金属吸附材料及其制备方 法。

背景技术

工业和矿山废水废渣的大量排放是造成了我国地表水体重金属严重污染的主要原因。 镉是其中一种危害较大的重金属，早在1974年联合国环境规划署和国际劳动卫生重金属委 员会就将其定为重点污染物。过量的镉一旦进入环境，不能被生物降解，可长期潜伏在环 境中并通过食物链进入人体并造成危害。镉在生物体内的半减期为10～30年，是已知最易 在体内蓄积的有毒物质。对人群健康危害的特点是低剂量、长期和慢性中毒。很少量进入 人体即可对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼以及血液、神经、免疫系统等产生一系列损伤， 引起死亡率升高和预期寿命减少，而且镉具有致突变性并被国际癌症研究机构认为是Ia 类致癌物。

现有很多方法，例如沉淀法、电浮选法、反渗透法以及离子交换树脂法等都可以用来 去除工业废水和矿山废水的重金属镉离子，但成本过高。因此利用包括农业废弃物在内的 生物材料作为重金属离子的吸附材料成为研究的重点，这种吸附材料不但经济实惠，而且 效果显著。近年来，国内外很多科研工作者对农副产品或农业废弃物进行一定的改性，研 制出一些不同的吸附剂。比如大豆壳、木屑、锯屑、谷壳、咖啡渣、茶渣、酒糟、稻草杆 等改性后制成吸附材料。所有的这些材料中都是由于包含有一些特殊的官能团，这些官能 团的存在强化了上述改性材料对重金属的吸附。接枝共聚合是进行改性的重要方法之一。 它可以赋予材料以某些新的性能，同时又不至于完全破坏材料固有的特点。材料在自由基 引发剂的作用下，在其大分子链上的D-葡萄糖形成自由基，再和吸附性能强的单体进行接 枝，使其变成可吸附水体中重金属镉的材料。

在我国，农作物的秸秆原料非常丰富，每年可达7亿多吨，其中玉米秸秆和稻草分别 占35％、19％。但是大部分秸秆被用作燃料或在田间被直接烧掉，不但破坏了生态平衡，使 土壤肥力衰竭，造成农业上的恶性循环，而且污染环境，还存在火灾隐患。同时，以其作 为燃料由于秸秆燃烧热能利用率极低(在10％以下)，对资源也是极大的浪费。能够有效利 用改性秸秆吸附重金属镉离子，不仅是综合利用秸秆资源的一种有效途径，也是从源头消 除污染的一项措施。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种污染水体重金属吸附材料的制备方法，充分利 用玉米秸秆或稻草秸秆，并对其进行接枝共聚反应改性，达到有效去除重金属镉离子的目 的，实现玉米秸秆或稻草秸秆资源化利用。

污染水体重金属吸附材料的制备方法，其特征在于吸附材料的原材为玉米秸秆或稻草 秸秆，制备过程包括以下步骤：

(1)玉米秸秆或稻草秸秆洗净，干燥后，粉碎后过5～10目筛；

(2)在装有氮气导入管、电动搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中加入玉米秸秆或稻草秸秆 以及超纯水，玉米秸秆或稻草秸秆与超纯水的重量比为：1∶10～100；

(3)通入氮气并且升温至40～90℃，然后加入高锰酸钾作为引发剂，使得其浓度为 0.0025～0.03mol/L，搅拌预氧化的时间为5～60分钟；

(4)先后加入丙烯腈作为单体、氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂以及浓硫酸作为 催化剂进行接枝共聚反应，氮，氮-亚甲基双丙烯酰胺用量为玉米秸秆或稻草秸秆质量的 0.1～3.0％，使得丙烯腈浓度为0.1～3.0mol/L，硫酸浓度为1～25mmol/L，接枝共聚反应 的时间为1～6小时；

(5)然后加入阻聚剂对苯二酚溶液终止反应；

(6)抽滤，然后将制备物用乙醇洗涤，再抽滤、干燥，得粗产品；

(7)粗产品在索氏抽提器内在150～155℃下用二甲基酰胺对接枝产物连续抽提42～ 48h，抽提完毕后用乙醇洗涤，然后再用去离子水洗至pH值为6.5～7.0，干燥，即得污染 水体重金属吸附材料。

进一步地，所述乙醇为95％乙醇，即体积浓度为59％的乙醇。

进一步地，所述步骤(7)中pH值为6.8～7.0。

进一步地，所述的原材为玉米秸秆，步骤(3)中所述的接枝共聚反应预氧化时间为 45～60分钟，高锰酸钾浓度为0.02～0.03mol/L，温度为40～50℃。