[发明专利]农业秸秆两性螯合吸附剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用农业秸秆深加工制备吸附剂的方法及其应用，特别涉及一种农业秸秆两性螯合吸附剂的制备方法及应用。

背景技术

据联合国环境规划署(UNEP)统计，世界上种植的各种农作物每年所产生的秸秆多达17亿吨，其利用大致分为三类用途：一是工业原料，主要用于造纸，约占总量的2.3％；二是牲畜饲料，主要是作草食动物饲料，约占总量的24.0％；三是直接燃烧或作为生物质能源，占31.5％，其余秸秆被闲置浪费或就地焚烧。

重金属离子废水主要来自电镀、采矿、冶炼、化工等部门，未经处理直接排放将使水体受到污染，严重危害人体健康，并对渔业、农业生产产生危害。

目前，国外已对一些农业秸秆如甘蔗渣、花生壳、苹果渣、锯末、椰子壳、香蕉皮、松树皮等改性制备成离子吸附剂的研究。但综合国内外的研究现状，目前利用农业秸秆制备吸附剂正处于起步阶段，并且合成的吸附剂大多只具有单一功能团，不能满足对重金属阴、阳离子同时去除的要求，限制了其在实际工业废水处理中的利用。因此，利用农业秸秆研制既能去除重金属阴离子，又能去除重金属阳离子的两性螯合吸附剂，具有重要的意义和应用价值，是今后环境友好材料新技术应用发展的方向。

关于农业废物制备两性离子吸附剂的报道，参见：柚皮纤维素制备两性重金属离子去除剂及其在电解锰废水处理中的应用，(2002)傅伟昌，王继徽，戴慧敏；两性蔗渣纤维素的制备及其交换吸附性能研究，(2001)朱江龙，张明杰，Chromate(Cr0₄^2-)and copper(Cu²⁺)adsorption by dual-functional ion exchange resins made from agricultural by-products[J].water research 40(2006)2541-2548.但这些制备方法或存在碱液预处理造成的二次污染问题，或对金属离子的吸附容量较低等问题。对于不用碱液预处理农业秸秆制备高吸附量的两性螯合吸附剂并应用于重金属离子废水的处理，目前国内未见文献报道。在国外文献数据库中，目前未见相关文献报道。

发明内容

本发明针对农业秸秆制备的吸附剂大多只具有单一功能团，且碱液预处理造成的二次污染问题，或对金属离子的吸附容量较低等问题的不足，提供一种具有阴阳离子两种功能团的无需碱液预处理的高吸附容量的农业秸秆两性螯合吸附剂的制备工艺。

本发明的农业秸秆两性螯合吸附剂，其外观为棕黄色粉末状固体，含氮量为10.83wt％，比表面积为12.93m²/g。

两性螯合吸附剂的通式，以纤维素为例表示为：

本发明的两性螯合吸附剂的制备方法为：

(1)取粒径为400～500μm的农业秸秆，按照每克农业秸秆与2～10毫升环氧氯丙烷混合，置于三口瓶中搅拌，在搅拌中，再按照每克农业秸秆加入2～10毫升N，N-二甲基甲酰胺，于40～150℃下搅拌反应30～150min；

(2)向三口瓶中加入交联剂乙二胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺，按照每克农业秸秆与1～10毫升的交联剂混合，继续搅拌反应30～150min，反应温度为40～150℃；

(3)加入质量百分浓度为99％的接枝反应剂三乙胺或三甲胺溶液，按照每克农业秸秆与2～10毫升的接枝反应剂混合，于50～150℃条件下搅拌反应60～360min；

(4)将步骤(3)得到的固体产物依次用0.1mol L^-1的NaOH溶液、0.1mol L^-1的HCl溶液、体积百分浓度为50％的C₂H₅OH溶液和去离子水清洗，于60℃条件下，真空干燥8h～12h，过筛分级，得到农业秸秆阴离子吸附剂A；

(5)取A，于250mL的三口瓶中，按照每克A与13.45毫升异丙醇和0.67毫升蒸馏水混合，于30℃下搅拌10min，再按每克A与0.5～1毫升质量百分浓度为40％氢氧化钠混合，于30℃下搅拌反应30min；最后按每克A与0.25～3克一氯乙酸混合，于20～80℃下搅拌反应30～240min；

(6)将步骤(5)得到的产物用去离子水清洗，直至出水PH＝7，在60℃真空干燥8h～12h，过筛分级，得到农业秸秆两性螯合吸附剂。

所述的农业秸秆为麦草秸秆、玉米秸秆或稻草秸秆，优选为麦草秸秆。