[发明专利]一种吸附废水中氨氮的离子交换纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种吸附废水中氨氮的离子交换纤维的制备方法，包括如下步骤：1)正常生长成熟后的植物玉米果实，经过自然风干或烘干后，将玉米棒脱粒，使其成为玉米穗轴。将玉米穗轴放烘箱至完全脱水，切割成5cm左右的圆柱状，得到规格统一的柱状玉米穗轴。2)将备好的柱状玉米穗轴用附图中方法进行预处理；3)活化；4)改性；5)接枝；6)清洗烘干，得到离子交换纤维。与现有离子交换纤维的制备途径相比，原材料方便易得，制备工艺简单明了，耗时短，耗能少，制备成本低，且产品吸附性能好，适合工业推广。

技术领域

本发明涉及一种吸附废水中氨氮的离子交换纤维的制备方法，特别涉及一种利用农业副产品玉米穗轴制备天然植物离子交换纤维的方法。

背景技术

离子交换纤维(ion exchange fibers,IEF)是一类纤维状的表面吸附和分离材料，主要靠纤维或者纤维状多聚物的表面活性基团离解出的可交换离子与某些同性离子进行交换，与传统的离子交换树脂相比，IEF具有比表面积大，化学稳定性较高，传质距离短，吸附和解吸速率快，吸附选择性强(对金属离子、有机小分子、有害气体等具有较高的吸附选择性)，净化彻底，洗脱和再生能力强，能耗低，流体阻力小及生物活性高等诸多优点。现已广泛应用于水处理、气体的分离净化、贵重金属离子的回收利用、药品的分离与提取和生物化工等领域，是当今发展迅速的高新技术产业，随着制备方法的不断创新和进步，IEF的应用前景更加广阔。

此外，离子交换纤维还具有开发应用形式多样的特别之处，可以制成纤维、短纤维、织物、非织造布、毡、网等形式，因此可应用于各种不同条件的离子交换过程。CN1262706C报道了一种离子交换纤维及其织物在密闭反应器中的制备方法，其织物产品具有超强吸附有害气体(二氧化硫、氨气、氟化氢、氯化氢)的能力和再生能力，具有良好的经济与社会效益。CN 101736525 A公布了一种由离子交换纤维制备的非织造布的方法，该非织造布科应用于超吸收性聚合物的吸湿用品中，能大大提高超吸收性聚合物的吸水倍率，进而减少吸湿用品中超吸收性聚合物的使用量，经济效益和实际效益明显提高。CN101036897A公开了利用农作物废弃纤维稻杆、玉米秸秆、废麻丝、废棉来制备阴离子交换剂的方法，其制备工艺简单，原料成本低廉，特别适合用来处理含阴离子的废水。

对于离子交换纤维的研究，在西方欧美国家、日本、前苏联是研究热点，已经拥有许多的研究报道和成果。其中日本和前苏联研究较早且研究较多，例如日本的TIN和俄罗斯的VION、FIBAN等已经形成了包括阴离子、阳离子、两性、螯合等系列化的产品。在RU1658444中，制备了含羧基和肼基的纤维状吸附剂，对气体中的氨和硝酸胺有较高的净化效率。在国内，七十年代始展开了离子交换纤维材料的研制与应用工作，中山大学、北京理工大学、河南精细化工重点实验室、北京服装学院等机构先后研制开发出了多种不同的离子交换纤维材料，并且有一些产品已经实际应用在了各个不同的领域。如CN 1112257C涉及了一种采用溶胀剂及自由基保护剂制取离子交换纤维的方法，其产品交换容量高达3.0～5.0毫摩尔每克，成本低，使用寿命长且对环境无污染。CN 105688835A公开了一种以棉花杆为原料的去除溶液中氨氮的吸附材料及其制备方法，该方法制作的生物炭吸附剂，对溶液中氨氮的吸附量可达209.4mg/g，经过碱溶液改性后的吸附剂，氨氮吸附量可以达到518.9mg/g。但是该方法对棉花杆进行缺氧烧制费用较高，且在高温处理过程中易对环境造成污染。CN105561935A和CN 105561936A分别提出以荷叶和桂花叶为纤维素原料，在异丙醇、NaOH溶液和柠檬酸溶液的改性下，制备成植物纤维素改性吸附材料吸附废水中的重金属。该制备工艺简单，生产效率高，但其主要针对废水中重金属的处理，该材料中醛基、羟基以及硫醇等功能团对废水中的氨氮也存在吸附与络合作用，该方法未曾提及。

目前利用天然植物原材料或者合成纤维材料制备离子交换纤维的主要工艺方法与上述的工艺方法或相同或复合采用或在这些方法基础上进一步改进。其中利用天然植物原材料制备天然植物基离子交换纤维的原料有如农产品、农副产品、农业废弃物、其他植物等，比如秸秆，稻壳、果皮、棉麻等。它们的主要组分为纤维素，还含有半纤维素、木质素和果胶。