[发明专利]一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及改性材料技术领域，更具体的，涉及一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用。

背景技术

玉米芯主要由纤维素和木质素构成，据测定玉米芯含有水分77%，可溶性无氮物52.9%，粗纤维33.1%，粗蛋白2%～6%，粗脂肪0.5%以及灰分3.2%。玉米芯的化学结构中含有羧基、氨基、苯环等活泼性化学基团，能与重金属离子发生离子交换吸附或化学吸附作用。另外，玉米芯具有多孔结构，通过物理吸附原理来达到进行吸附的效果，通过物理吸附的物质，便于吸附剂的再生及回收。

然而，仅仅依靠玉米芯本身具有的吸附能力来吸附重金属离子废液是不够的，通过改性可以实现玉米芯的高效吸附。玉米芯的主要改性方法之一是化学方法，该类方法是利用化学药剂来改变玉米芯结构的目的，同时利用化学药剂增加玉米芯表面活性官能团的数量，提高吸附重金属离子的能力。接枝共聚反应是化学改性中的一个重要的方法，宋艳等人采用NaHSO₃/H₂O₂氧化还原引发体系，以甲基丙烯酸、丙烯酰胺为混合单体，合成玉米芯接枝共聚物，经实验证明对重金属的吸附能力有所提高，但还存在着对重金属离子的选择性不强，吸附效果较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有玉米芯改性材料的技术问题，提供一种玉米芯改性材料，所述玉米性改性材料对重金属离子的吸附效果好，且有效地的提高了吸附选择性。

本发明的另一目的在于提供一种玉米芯改性材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种玉米芯改性材料的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方法来解决：

一种玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 玉米芯经过干燥、粉碎，得到粒径为90～160目的玉米芯粉；

S2. 将S1中所述玉米芯粉在室温下用氢氧化钠溶液浸泡后，洗涤至中性后得到滤渣；将滤渣在室温下用硝酸溶液浸泡后，洗涤至中性后干燥得到预处理玉米芯粉；

S3. 将预处理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引发剂，再加入单体，反应温度为25℃～40℃，反应1～2.5小时，分离得到粗产物；

所述引发剂为NaHSO₃和（NH₄）₂S₂O₈，NaHSO₃与（NH₄）₂S₂O₈的质量比为1：2～3；所述单体为丙烯酰胺和α-甲基丙烯酸，α-甲基丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3：1；所述单体与预处理玉米芯粉的质量比为3:1，所述引发剂的质量为单体质量的2%～4%；

S4. 将S3中所述粗产物用水和乙醇反复沉析，干燥后得到所述玉米芯改性材料。

本发明所述玉米芯粉为多孔结构，且表面含有羧基、氨基、苯环等活泼性化学基团，因此，玉米芯粉对重金属离子的吸附机理包含了物理吸附、化学吸附等，且物理吸附与化学吸附存在着协同作用。由于不同重金属离子的离子半径、电荷量等性质不同，因此玉米芯粉的对各种重金属离子的吸附效果各不相同。

一方面，不同粒径玉米芯粉的多孔结构和比表面积有较大差异，S2中氢氧化钠溶液、硝酸溶液的浸泡的改性效果也有较大影响，因此对重金属离子的物理吸附效果以及后续改性的效果等存在较大影响；另一方面，对上述步骤改性后的玉米芯粉的化学改性，S3中的反应时间、反应温度、引发剂的用量和单体的用量对所得改性材料的性能有重要影响。因此，本发明通过上述改性步骤处理，发挥了玉米芯粉物理吸附和化学吸附的协同作用，获得吸附效果好，选择性强的改性材料。

本发明S1中玉米芯的干燥温度为60～80℃，发明人意外发现该干燥温度条件下可大幅增大所得玉米芯粉的比表面积以及将玉米芯更多的表面基团暴露出来，便以接枝以及提供重金属离子吸附活性点。

玉米芯的粒径的大小一方面可提供较多的活性点，另一方面粒径过细会导致后续水与吸附剂分离困难。优选地，S1中所述玉米芯粉的粒径为90～120目。进一步优选的，S1中所述玉米芯粉的粒径为100目。