[发明专利]丙基硫醇键合蔗渣的制备及其在吸附水中Hg2+的应用

说明书

技术领域

本发明涉及改性蔗渣纤维素，具体是丙基硫醇键合蔗渣的制备及其在吸附水中Hg²⁺的应用。

背景技术

我国是仅次于巴西和印度的世界第三大甘蔗种植国，蔗渣来源广泛、价格低廉、容易再生。蔗渣的成分以纤维素，半纤维素以及木质素为主，其中纤维素含量约为44%~46%。目前，极少部分蔗渣被用于造纸或者作为燃料燃烧，附加值小，大部分蔗渣作为废渣处理，对环境构成潜在威胁。

纤维素分子中含有许多亲水性的基团——羟基，是一种纤维状、多毛细管的天然高分子，具有多孔和比表面积大的特点，具有一定的吸附性，可以用作离子吸附剂。如能充分利用羟基特性，采用化学键合方法在蔗渣纤维素上键合对重金属离子具有特效吸附性能的螯合基团，必将使蔗渣开发成附加值高的重金属离子捕集剂。

目前，由蔗渣纤维素进行化学键合改性获得的重金属离子吸附剂成为发明热点，报道的有：蔗渣纤维素黄原酸酯、蔗渣纤维素乙二胺- 二硫化碳二元共聚物、多氨基改性蔗渣、羧基化蔗渣、表氯醇改性蔗渣。尚未见在蔗渣纤维素键合巯基或烷基硫醇的报道，为此，本发明将丙基硫醇化学键合至蔗渣纤维素上，并实验丙基硫醇键合蔗渣对Hg²⁺的吸附效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种以蔗渣为原料制备丙基硫醇键合蔗渣的方法。

本发明的另一目的是提供丙基硫醇键合蔗渣在吸附水中Hg²⁺的应用，即是将丙基硫醇键合蔗渣作为重金属离子捕集剂吸附水中Hg²⁺。

实现本发明目的的技术方案是：

本发明丙基硫醇键合蔗渣的制备，是在一定条件下，用 3-巯基丙基三甲氧基硅烷试剂与蔗渣纤维素发生化学键合反应，成功将丙基硫醇基团键合至蔗渣纤维素，将蔗渣改性成了对水中Hg²⁺具强吸附性能的重金属离子捕集剂——丙基硫醇键合蔗渣(SBM)，其方法包括以下步骤：

（1）蔗渣的初步清洗及破碎：将蔗渣用自来水清洗2～3遍，置于80℃烘箱中烘干，将烘干后蔗渣剪碎至1-2 cm小段，然后置于粉碎机粉碎后全部过20目筛；

（2）水煮：取200 g粉碎蔗渣，加入纯水没过蔗渣约1公分，水煮1 h，水煮过程需不时搅拌，适量补水保持水面没过蔗渣，煮毕，布氏漏斗过滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为无色止，烘干得水煮蔗渣；

（3）碱化：称取34 g水煮蔗渣置于1000 mL烧杯中，加入20%（w/v）NaOH溶液900 mL，保鲜膜封口，室温下磁力搅拌16 h碱化蔗渣，然后布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80℃烘箱中烘干滤渣，得碱化蔗渣，该步骤产率为52.4%；

（4）酸化：取20 g碱化蔗渣加入6 mol/L的HCl没过蔗渣1公分于通风橱中磁力搅拌酸化1～2 h，用布氏漏斗抽滤，纯水冲洗蔗渣至滤液为中性止，80℃烘箱中烘干滤渣得酸化蔗渣，该步骤产率为81.9%；

（5）基团键合反应：称取5.0 g酸化蔗渣于250 mL圆底烧瓶中，加入甲苯溶液没过蔗渣1公分为反应溶剂，待甲苯全部润湿蔗渣后，加入0.9 mL （3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（CAS）混匀，并在微沸条件下回流反应18 h，布氏漏斗抽滤，滤渣用滤纸包好置于索氏提取器中甲苯索氏提取12 h，除去反应过程残留于蔗渣中的杂质，完毕，取出蔗渣置于80℃烘箱中烘干即得丙基硫醇键合蔗渣。

本发明的有益效果是：

本发明以蔗渣这一制糖产业的固体废物为原料，制备出对水溶液中Hg²⁺具有特效吸附性能的重金属离子捕集剂——丙基硫醇键合蔗渣，产率为43.1%。通过实验其对水溶液中Hg²⁺性能，得出如下结论：

（1）丙基硫醇蔗渣对水溶液中Hg²⁺具有较好的吸附性能：吸附平衡时间为22 h；丙基硫醇蔗渣对Hg²⁺的吸附量不受pH值的影响，在极端酸性条件下（pH=0）的情况下对Hg²⁺的吸附性能依旧良好；离子强度和温度对吸附无明显影响。

（2）在25℃ 和 40℃的温度下，丙基硫醇键合蔗渣吸附剂对Hg²⁺的饱和吸附容量分别为12.24 mg/g和12.58 mg/g，相同吸附条件下，远高于活性炭（为3.68 mg/g）和蔗渣原料（碱化蔗渣）（为0 mg/g）。