[发明专利]一种维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料的制备方法与应用，具体涉及利用维管类植物作为载体，进行氧化、表面活化、接枝以及聚合等步骤，制备一种新型植物基氧化聚合材料，主要应用于水体及土壤中重金属离子和放射性元素的吸附；属于天然有机高分子改性领域。

背景技术

重金属危害众所周知，水体和土壤中重金属元素通过迁移转化进入生态环境与食物链，进而危及生物及人体健康。其次，放射性元素铀在国防安全和国民经济中有着不可取代的地位。调整能源结构，减少碳排放量给核电事业带来了前所未有的机遇，但同时，由核燃料处理过程中所引发的铀放射性污染问题也越来越严重，受到了社会的重视。在铀的开采、研磨和冶炼过程中会产生大量的高浓度含铀废水，会对周围的地下水，土壤以及沉积物造成严重污染，也会对人类的健康产生极大的辐射损伤。铀的半衰期长且具有生物累积性，铀矿开采和水冶等过程中含铀废水的排放造成放射性污染，寻求高效、环保、经济的含铀废水处理技术显得尤为迫切。

目前，对于重金属和含铀废水处理的技术主要有以下几类：

(1)化学沉淀法：化学沉淀法是处理浓度相对较高的重金属和含铀废水的主要方法，除常用的石灰处理外，还可以利用氢氧化铝、碱式碳酸镁等作为共沉淀剂，与废水中的低浓度铀形成共沉淀达到富集的目的。化学沉淀法具有处理费用较低而且操作简单的有点。但是，化学沉淀法仅适于高浓度废水处理，对低含量有害离子处理存在困难，同时，操作过程中容易引入其他杂质离子、受废水的pH值以及温度的影响，处理过程的稳定性差。

(2)合成吸附剂处理：合成吸附剂处理中的吸附剂包括较多类型，其中，离子交换树脂吸附法处理低浓度重金属技术相对成熟、应用最广，离子交换树脂吸附也是分离回收低浓度铀的主要方法。但是，离子交换树脂吸附容量有限、吸附选择性不高，也不适用于中性与偏碱性废水的直接处理。目前，螯合树脂的研究最为热门，它对重金属离子、稀土元素都有很强的配位能力，具有较高的选择性吸附，是吸附分离回收领域的研究重点。

(3)膜分离法：膜分离法处理重金属和含铀废水是一个连续操作的过程，工艺简单且不需要进一步的化学处理，处理过程环保经济而且效果很好。但是，利用膜分离法处理工业含铀废水技术还不够成熟，还有很多问题亟待解决，例如膜材料的选择，分离膜的循环使用与再生性能、分离膜的使用寿命等方面。

(4)生物吸附法：近年来，一些富含纤维素类的植物作为处理废水中的铀离子成为了一个研究热点。纤维素含有丰富的能与金属离子形成稳定络合物的活性基团，这些活性基团对铀离子有较强的亲和力，能有效地与铀离子结合形成稳定的络合物。生物吸附的原料来源广泛，经济高效，吸附材料一般都能重复再生和循环使用。利用生物吸附剂处理含铀废水工艺简单，操作方便，是一种高效可行的方法。

发明内容

针对现有技术中的处理废水中重金属或放射性金属元素的方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种以多孔维管植物作为载体，接枝有大量偕胺肟基团的维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料，维管植物具有丰富的纤维多孔结构，比表面积大，亲水性好，同时接枝有大量的偕胺肟活性官能团，能够通过物理吸附及络合等方式对重金属离子或者放射性金属元素进行吸附，具备作为吸附材料的潜能。

本发明的另一个目的在于提供一种原料成本低、操作简单、反应条件温和的制备所述维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料的方法，该方法对接枝活性官能团数目可控，易于操作。

本发明的第三个目的在于提供所述的维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料的应用，将其作为吸附材料应用于去除废水中重金属或放射性金属元素，该吸附材料表现出吸附容量大，吸附能力强，可以再生并重复使用，重复使用效果好的特点，特别适用于废水中铅、镉及铀等金属的吸附去除。

为了实现上述技术目的，一种维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料，具有式1结构：

其中，

为维管植物基体；

x为500～5000；

y为500～5000。

本发明的维管植物基多孔氧化聚合螯合吸附材料以维管植物为载体，表面接枝了大量的含有偕胺肟活性基团的聚合物；维管植物其本身为多孔纤维结构，比表面积大，且具有丰富的孔系结构，还含有大量的极性基团，亲水性好，对重金属及放射性金属元素具有一定的吸附能力，在此基础上接枝的偕胺肟活性基团对重金属及放射性金属元素具有较强的螯合能力，使得整个吸附材料吸附重金属及放射性金属元素的能力得到较大提升。