[发明专利]一种落叶松单宁金属离子吸附剂的研制

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属吸附剂及其制备方法，属于化学吸附剂领域，特别是一种以落叶松单宁为原料通过自组装接枝聚合技术合成的用于吸附水中重金属离子同时分离回收贵重金属的吸附剂及其制备方法。

背景技术

金属离子吸附剂是一种高效的天然高分子吸附剂，既对重金属离子有高效的去除性能，又可生物降解，是一种新型高效环境友好型的重金属离子吸附剂。随着世界水资源危机的加剧，水资源紧缺已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈，而重金属污染是我国许多地区水源所承受的主要污染类型之一。由于重金属离子难以自然降解和破坏，其浓度超过一定的限度时，将会对环境造成极大的危害，尤其是某些重金属离子能够在水生生物和农作物组织内积累富集，通过食物链对人类造成很严重的危害，所以其有效治理、回收利用受到了广泛重视。而由于落叶松单宁分子的特殊结构，其作为新型吸附剂已展示出巨大应用前景。

传统处理水中重金属离子的方法有：活性炭吸附、沉淀法、离子交换树脂、反渗透法等，但这些方法普遍存在价格贵、吸附时间长、易产生二次污染等问题。因此，针对不同类型的重金属离子废水，寻找并制备出高效的天然高分子吸附剂，并用于贵重金属的分离回收，将成为天然高分子发展的重要方向。目前已经开展的研究主要集中在木质素、甲壳素、淀粉、单宁及其衍生物上。

落叶松单宁属缩合类单宁，是羟基黄烷醇类单体以碳碳键相联缩合而成的化合物，最重要的组成单元是黄烷-3-醇和原花青定，数均分子量2800左右。落叶松单宁分子内有多个邻位酚羟基，可作为多基配体与一个中心离子，如铅、锡、铋、锌、汞、铁、铜、铬络合，形成环状的螯合物，在不同的pH值下发生沉淀。所形成的螯合物一般有颜色。作为这一性质的应用，单宁-金属反应的研究重点目前多在络合鞣剂和染料，金属抗锈涂料，水处理剂和农药等方面。利用落叶松单宁制备金属离子吸附剂有以下优点：(1)原料来源丰富、无毒、比石油产品价格便宜；(2)产物对环境无污染，可以生物降解；(3)落叶松单宁的化学结构中含羟基，可进行多种化学改性，也可亲水性单体直接发生接枝聚合反应；(4)以落叶松单宁化学改性后的产物做为合成金属离子吸附剂的原料，可以赋予金属离子吸附剂多种性能。虽然目前对缩合类单宁的实验研究产品的类型很多，但是研究不够深入，大多数研究仍处实验室研究阶段，尚无商业化产品问世，有关落叶松单宁的研究报道极少。所以开发低成本、耐盐、对环境适应能力强、寿命长的重金属离子吸附剂是金属离子吸附剂开发的热点。

鉴于目前我国水体中金属离子污染现状及其对新型环境友好高效吸附剂的需求，结合落叶松单宁特殊化学结构作为吸附剂的优势，本发明通过落叶松单宁上接枝各种官能团到交联网络结构或骨架，在落叶松单宁表面产生新的官能团，增加吸附位置的密度，提高落叶松单宁对金属离子的吸附能力和吸附选择性。

发明内容

本发明提供一种落叶松单宁金属离子吸附剂的制备方法，以解决目前水体中重金属离子的分离回收及金属离子吸附剂环境适用范围窄、吸水倍率低、耐盐性差、重复使用次数少、降解困难等问题。而以落叶松单宁为原料制得的吸附剂能吸附多种金属离子。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一、将落叶松单宁溶解于一定量的氢氧化钠溶液中，得到一定中和度的落叶松单宁碱溶液；二、将落叶松单宁的碱溶液置于反应器中，一定温度下水浴加热、搅拌并通入氮气；三、分别将丙烯酸、丙烯酰胺和引发剂及交联剂用去离子水溶解得到单体和引发剂及交联剂溶液体系；四、在氮气保护下，分别将单体和引发剂及交联剂溶液体系缓慢滴加到反应器中进行聚合反应1h～2h；五、观察溶液何时开始变粘稠，体系颜色，状态，等到形成的胶体，搅到搅拌棒上随搅拌棒一起转动时，停止搅拌，开始保温，30min～60min后取出，40℃烘干，恒重，即得到块状产品；即得到落叶松单宁金属离子吸附剂的制备方法。

步骤一中所述控制碱的用量使中和度为50％～90％，落叶松单宁和单体总量之间的质量比为0.50∶20～4∶20；步骤二中所述水浴温度控制在40℃～90℃；步骤三所述丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为10∶1～1∶12，所采用的引发剂为过硫酸钾，其中过硫酸钾的重量占落叶松单宁和单体总质量的1.0％～4.0％，采用的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，质量为落叶松单宁和单体总质量的0.1％～3.0％。