[发明专利]一种黄土颗粒接枝共聚物吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄土基吸附剂，尤其是一种生物相容性良好的黄土颗粒接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物（即环境友好黄土颗粒接枝共聚物）吸附剂的制备，主要用于含铅离子和染料废水的处理，属于高分子材料与水处理技术领域。

背景技术

随着工业化程度的提高，环境污染也越来越严重，尤其是水体污染日益加重。当今世界，人类可饮用水的量仍然紧缺。研究表明，水体中存有700多种污染物，其中大部分污染物有毒、有致癌性，甚至有一些能在环境中长时间存留，既不能生物降解，又不能进行生物转换。环境中的重金属污染具有持久性、隐蔽性、毒性大、不易被微生物降解等缺点，并可通过生物富集作用破坏生态平衡，甚至可通过化学和生物作用与环境中的其他有机物结合，形成毒性更强的有机金属。有毒有机污染物有农药、多核芳烃（多环芳烃）、多氯联苯、多溴二苯醚（多溴二苯醚）、增塑剂、酚类化合物等，有毒金属有砷、铅、铬、汞、镉等。现已有多种水处理技术，如化学沉淀法、常规凝聚法、反渗透法、离子交换法、电渗析法、电解法、吸附法等。其中，反渗透、离子交换、电解和电渗析法比较昂贵，很大程度上限制了其应用。化学沉淀和常规絮凝技术有可能导致二次污染物。吸附法具有成本低、高效率、操作简易，并且使用的吸附材料能再度利用，以及在处理废水中不会对环境造成二次污染等优点，被广泛应用于去除水中的有机或无机污染物。如何制备廉价且环境友好的吸附材料，是水处理领域一直探寻的目标。

我国黄土主要分布于北方地区，其中，位于中西部地区的黄土高原是全世界规模最大的黄土高原。黄土颗粒具有粒径小、比表面积高，富含羟基，以及成分多样等特点，因此，黄土颗粒可视为广义上的粘土材料，也是一类环境友好的天然吸附材料。但天然黄土的吸附能力有限，通过改性可提高黄土对废水的处理能力。高分子改性是一种有效提高黄土吸附能力的方法，不同单体、不同技术改性的产物性质与活性不同。目前，所制备的黄土基高分子材料主要有：黄土丙烯酸共聚物吸附剂（CN106117471A）、黄土基聚丙烯酰胺吸附剂（CN104211856A）、黄土衣康酸共聚物吸附剂（CN105251465A）、黄土接枝丙烯酰胺共聚物吸附剂（CN105170120A）等。然而，如何降低成本，并使之环境友好是当今社会关注的方向。

发明内容

本发明目的是提供一种生物相容性好、吸附性能强、无二次污染的黄土颗粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附剂的制备，主要用于吸附废水中的重金属离子和染料分子。

一、黄土颗粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附剂的制备

本发明黄土颗粒表面接枝N-乙烯基吡咯烷酮共聚物吸附剂的制备，是以硅烷偶联剂为表面改性剂，将酸化黄土颗粒表面改性后，以N-乙烯基吡咯烷酮、马来酸酐为共聚单体，在交联剂、引发剂作用下，通过表面接枝共聚反应，将N-乙烯基吡咯烷酮-马来酸酐共聚物接枝于黄土颗粒表面，得到具有较强吸附功能的黄土颗粒表面接枝共聚物。其具体制备工艺如下：

（1）黄土的改性：

搅拌下将酸化黄土颗粒充分分散于乙醇-水混合溶液中，用冰醋酸调体系pH=2.0~5.0；再加入硅烷偶联剂为表面改性剂，并搅拌1~5小时；用氨水调体系pH=9.0 ~11.0后升温到60~85℃，搅拌反应1~5小时；反应完全后产物经抽滤、乙醇洗涤，干燥，得到表面改性的黄土颗粒。

酸化黄土颗粒的制备是将黄土分散到浓度1~5 mol/L的HCl溶液中，在45~85℃下搅拌1~5小时，冷却，过滤，蒸馏水洗至中性，40~80℃真空干燥6~36小时，即得酸化黄土。

乙醇-水混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:1~5:1。

表面改性剂硅烷偶联剂选用KH-570或KH-171；硅烷偶联剂加入量为酸化黄土质量的30~50%。

（2）接枝共聚物的制备：将表面改性的黄土颗粒分散到1,4-二氧六环中，室温下搅拌分散0.5~5小时；依次加入交联剂及功能性单体N-乙烯基吡咯烷酮、马来酸酐，并在惰性气体保护下充分搅拌溶解；再加入引发剂，逐步升温至55~75℃，继续搅拌反应1~4小时，得悬浮液；然后加入浓度为0.5~1.5 mol/L的NaOH调体系中和度至50~70%，搅拌1~5小时，得到红褐色分散体系；反应完成后，抽滤，用蒸馏水洗至近中性，再用丙酮洗，真空干燥，得到环境友好黄土颗粒接枝共聚物吸附剂。

功能性单体的加入量为表面改性黄土颗粒质量的15~25%；功能性单体中，N-乙烯基吡咯烷酮和马来酸酐的质量比为6:1~1:1。