[发明专利]聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯腈基‑5‑氨基‑2‑甲氧基吡啶螯合纤维，其结构式如下：本发明还同时公开了该聚丙烯腈基‑5‑氨基‑2‑甲氧基吡啶螯合纤维的合成方法。该聚丙烯腈基‑5‑氨基‑2‑甲氧基吡啶螯合纤维能择性吸附Cr(Ⅵ)，因此可用于处理含Cr(Ⅵ)废水。

技术领域

本发明属于化学技术领域，具体涉及到一种聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维及其合成方法和应用。

背景技术

铬元素常见的化合价有+2，+3和+6价，在含铬废水中主要含有六价铬，其毒性远远超过三价铬。植物吸收过量Cr(Ⅵ)后，会导致种子萌发率降低，光合作用异常并引发诱变。当人食用了Cr(Ⅵ)超标的蔬菜、粮食等食品，体内Cr(Ⅵ)超标后，可引发癌症。同时Cr(Ⅵ)也会通过粘膜和皮肤被人体吸收，蓄积在肺、肾和脾中，骨骼中也会存在。在2006版的《生活饮用水卫生标准》中规定，饮用水中Cr(Ⅵ)含量不得超过0.05mg/L。

由于铬产品的广泛应用，大量含铬废水、废气、废渣被排放，全国历年堆积含铬废渣600万吨，80％以上都不能得到妥善处理，行业年排放含铬废水40亿立方米以上，其中一半未达到国家排放标准，其危害性不能忽视。吸附材料可以吸附水中的重金属，一个良好的分离富集材料需要符合吸附速度快，选择性好，洗脱率高这三点要求。

螯合纤维是指具有配位功能的纤维，将含有N、O、P、S等元素的配体接枝在纤维上，这些原子能够与重金属离子的配位从而吸附重金属离子。常见的功能纤维母体有聚丙烯腈纤维、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维、纤维素纤维等。由于纤维的直径小、比表面积大；其特殊的物理形态使其与吸附质有较大的接触面积与较小流体阻力，不仅吸附速率快，容量大，而且容易脱附，对于痕量重金属离子的吸附也十分有效。因此，螯合纤维材料在分离富集重金属方面具有很强的应用性。

常规的螯合纤维制备方法有传统加热法和辐照接枝法，目前传统加热法的使用比较普遍，使用水浴、油浴或电热套将反应物和溶剂共同加热搅拌，这种方法的合成时间普遍较长，会消耗相对多的水和电。辐照接枝法是利用高能辐射对纤维母体照射，在母体骨架上形成若干活性点，然后将配体通过接枝反应与纤维结合，但辐照法对仪器要求很高，价格昂贵。微波辅助法是制备螯合纤维的一种新方法，微波指频率为0.3～300GHz的电磁波，波长范围为1mm～1m。微波本身无法引起化学键破坏，但可以对极性物质加热，使极性分子重新排列，由于分子间摩擦和介电消耗，将电能转化为热能，从而实现对反应体系的内部和整体加热，升温更迅速，令反应时间大大缩短。目前，大部分螯合纤维的制备步骤较多，缺乏更简单的制备方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维及其合成方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维，其结构式如下：

本发明还同时提供了上述聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维的合成方法，包括以下步骤：

1)、以聚丙烯腈纤维为母体，以5-氨基-2-甲氧基吡啶作为配体；

在溶剂中加入聚丙烯腈纤维、5-氨基-2-甲氧基吡啶和碳酸钠，于微波条件下加热至110～140℃搅拌反应5～20min；

每50mg的聚丙烯腈纤维配用0.6～1.2ml的5-氨基-2-甲氧基吡啶；

聚丙烯腈纤维的功能基-C≡N：碳酸钠＝1:1～4的摩尔比；

2)、将步骤1)反应所得的聚合物用去离子水冲洗，干燥(例如50℃烘干)，得到聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维。

说明：步骤1)反应所得物过滤，所得滤饼为聚合物。

作为本发明的聚丙烯腈基-5-氨基-2-甲氧基吡啶螯合纤维的合成方法的改进：