[发明专利]利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂以及该阴离子交换剂的制备方法，属于环境与化学技术领域。

背景技术

农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤维素含量约为30-50％。纤维素上拥有较多的羟基基团，而羟基基团是可以应用于聚合或缩聚等合成反应的活性基团，因此纤维素可以广泛应用于各种有机产品的合成。但是农作物秸秆中的纤维素、半纤维素与木质素紧密结合、相互缠绕构成结构牢固的粗纤维，只能吸水润胀，不容易参与合成反应。

提高秸秆的利用率，关键是降解木质素，保留纤维素。在发酵过程中，微生物大量生长繁殖，分泌出各种酶。这些酶通过降解多糖和木质素，一方面破坏了秸秆难消化的细胞壁结构，使与木质素交联在一起的纤维素和半纤维素游离出来；另一方面纤维素酶和半纤维素酶又进一步将纤维素和半纤维素等高分子化合物降解简单的糖类物质(葡萄糖，木糖，甘露糖，多糖等)，这些可利用的碳水化合物增加了与有机反应物接触的机会，从而极大提高了合成反应的效率。

20世纪90年代开始，国外已经认识到利用农作物秸秆开展离子交换剂合成工作的重要性，目前已有一些农作物秸秆被制备成离子交换剂。关于农作物秸秆阴离子交换剂的研究报道可参见《西北农业学报》2007，16(1)：26～29发表的《稻壳制活性炭及其对污水中铬的吸附能力研究》以及《Chemosphere》(臭氧层)48(2002)1041-1046发表的《Preparationof agricultural residue anion exchangers and its nitrate maximum adsorptioncapacity》(农作物废弃物制备的阴离子交换剂及对硝酸根的最大吸附能力)。目前，以农作物秸秆为原料制备的离子交换剂反应效率较低，有机反应物的损失量较大，因此成本较高，并且二次污染严重。

发酵秸秆制备的阴离子交换剂以农作物秸秆阴离子交换剂为基础，发酵秸秆中含有更多的可参与反应的游离低分子碳水化合物，能够更好地与有机反应物反应，因此发酵秸秆制备的阴离子交换剂对水体中的阴离子具有更好的吸附效果，同时可以进一步降低二次污染，并减少成本，因此可以更广泛地生产及应用于废污水的治理。目前还没有对于利用发酵秸秆制备的新型阴离子交换剂及其制备方法和应用的文献见诸报道。

发明内容

针对目前农作物秸秆制备的阴离子交换剂存在的效率低下、制备过程二次污染严重、成本过高等不足，本发明提供一种稳定性好、吸附效果好、适用范围广、成本低廉的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，同时提供一种该阴离子交换剂的制备方法，该方法生产效率高、二次污染少，可大规模生产。本发明还提供了该离子交换剂的应用。

本发明的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂，其外观为褐色或红棕色的粉末状固体，Zeta电位为10mv～40mv，含氮量为2.0％～6.0％，水溶液pH值为4～6；离子交换剂的通式，以单糖为例表示为：

上述阴离子交换剂进一步优选的形式是：外观为褐色状固体，Zeta电位在15mv～35mv之间，含氮量在3.0％～6.0％，水溶液pH为4～5。

上述阴离子交换剂作为水处理药剂在给水、染料废水、工业含砷废水、生活污水处理中的应用。本发明的阴离子交换剂作为一种新型高效的水处理药剂，可广泛应用于去除水体中的阴离子，如用于治理染料废水、给水、富营养化废水、含砷工业废水等。

上述本发明的利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粒径为200μm～500μm的发酵秸秆与环氧氯丙烷按10克∶1～20毫升的比例混合，置于容器中，在20℃～120℃下搅拌反应20分钟～150分钟；

(2)将发酵秸秆与酰胺按10克∶0.5～10毫升的比例向上述容器中加入酰胺，继续搅拌反应30分钟～150分钟，温度恒定控制在20～120℃；

(3)将发酵秸秆与三乙胺或二甲胺按10克∶1～20毫升的比例向上述容器中加入质量百分浓度是33％～99％的三乙胺或二甲胺溶液，温度控制在20～120℃，并搅拌反应0.5小时～6小时，得固体产物；

(4)将步骤(3)制得的固体产物用等体积的0.1mol L^-1NaOH、0.1mol L^-1HCl、50％V/VC₂H₅OH和去离子水分别顺序清洗1～2遍，然后在60℃真空干燥24小时，过筛分级，即得阴离子交换剂。

上述利用发酵秸秆制备的阴离子交换剂的制备方法中：