[发明专利]一种均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于废物资源化利用和水处理技术领域，特别涉及一种均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，随着工业的迅速发展，水体重金属污染日益严重，已成为当今世界普遍关注的环境问题之一。铅是一种常见且有毒的重金属污染物，来源于各种工业活动如金属电镀、炼油和电池制造等产生的工业废水的排放。铅离子可以通过吸入、摄入或皮肤吸收进入人体，主要积累在人体的骨骼、大脑、肾和肌肉中，引起严重的贫血、肾脏疾病、神经疾病和呕吐甚至死亡。因此，针对铅离子对人类产生的危害，寻找适合去除工业废水中铅离子的方法，使其能够达标排放，对保护人类健康及生态环境具有重要的意义。

生物吸附法是一种新型的成本经济有效的去除重金属离子生物吸附技术。生物吸附剂的来源丰富、品种较多且成本较低，在吸附的过程中所使用的吸附设备简单、操作方便，且具有吸附速度快、吸附量大、选择性好等优点，特别是在处理1～100 mg/L重金属废水时吸附效果很好，解吸后的生物吸附剂可重复使用。因此，利用天然可再生资源，开发环境友好型产品和技术将成为可持续发展的必然趋势。毛竹含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等纤维，其中的纤维呈管束状，横向有节纹，横截面有中腔，表面有凹槽，这可能是毛竹具有吸附能力的主要原因，改性使得毛竹的结构空隙增多，比表面积增大，具有纤维素基天然高分子材料独有的优势。毛竹中的主要成分纤维素可以处理废水中的重金属离子，而且广西毛竹资源丰富，废弃的毛竹产品较多如一次性筷子，将其制备成生物吸附剂即可变废为宝，又避免了对环境的二次污染，具有广阔的挖掘潜力。

毛竹经过改性，在其表面引入活性官能团后能富集更多的重金属离子。制备出的改性毛竹纤维吸附剂吸附性能稳定、吸附效果好、吸附容量高等优点，为大量废弃的毛竹资源找到了变废为宝的理论基础。

均苯四甲酸酐结构特殊，化学活性很高，可以通过体系的值控制重金属离子的吸附和选择。本专利以毛竹为原料，采用均苯四甲酸酐进行化学改性，在毛竹表面引入羧基活性官能团，使其增强对重金属离子的吸附能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的制备方法及其应用，该均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂对水中重金属离子的吸附容量更大。

制备均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的具体步骤为：

(1)将毛竹锯成块状、清洗，于80℃干燥后进行粉碎，并过60目筛，然后将得到的毛竹粉末完全浸没到正己烷溶剂中，于55℃且150 rpm的条件下反应4 h，用去离子水洗净，于55~65℃条件下烘干4~8 h，得到预处理后的毛竹纤维粉末。

(2)将步骤(1)得到的预处理后的毛竹纤维粉末与浓度为2~6mol/L的NaOH溶液混合，要求步骤(1)得到的预处理后的毛竹纤维粉末与NaOH的质量比为2~6:1，然后于25~35℃且150 rpm的条件下反应24 h，再依次用去离子水、乙醇、丙酮清洗4~6次，将所得产物再次与浓度为2~6mol/L的NaOH溶液混合，要求所得产物与NaOH的质量比为2~6:1，然后于25~35℃且150 rpm的条件下反应24 h，再依次用去离子水、乙醇、丙酮清洗4~6次，制得二次碱化毛竹纤维粉末。

(3)按照以下质量百分比浓度称取原料：DMF为76~96%，均苯四甲酸酐为2~5%，步骤(2)制得的二次碱化毛竹纤维粉末为2~18%，三者之和为100%。

(4)将步骤(3)称取的均苯四甲酸酐加入到DMF中，待完全溶解后，加入步骤(3)称取的二次碱化毛竹纤维粉末，然后于70±5℃且120~150 rpm的条件下反应4~20h，抽滤后，依次用DMF、去离子水、饱和NaHCO₃溶液、乙醇、丙酮洗涤多次至中性，最后于85℃的烘箱内干燥1 h，获得粉状产物即为均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂。

本发明的均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂应用于吸附分离水中的铅离子。

本发明的优点在于：本发明的均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的吸附容量高，吸附过程完成后，直接过滤除去，可再生反复使用，机械性能稳定，成本低廉，工艺简单，本发明所采用的毛竹来源于废弃的一次性竹筷，是一种天然绿色的吸附剂，对于解决环境污染、促进废物再利用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例中制备的均苯四甲酸酐改性毛竹吸附剂的投加量对水溶液中Pb(Ⅱ)离子吸附效果的影响变化图。