本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用廢棄醋酸纖維制備重金屬離子交換纖維的方法及應(yīng)用，尤其對于含鉻廢水的處置。
背景技術(shù)：
重金屬污染是危害最大的水污染問題之一。重金屬通過礦山開采，金屬冶煉，金屬加工及化工生產(chǎn)廢水，化石燃料的燃燒，施用農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕，風(fēng)化等天然源形式進(jìn)入水體，加之重金屬具有毒性大，在環(huán)境中不易被代謝，易被生物富集并有生物放大效應(yīng)等特點，不但污染水環(huán)境，也嚴(yán)重威脅人類和水生生物的生存。
可見，水體重金屬污染已成為全球性的環(huán)境污染問題，并且嚴(yán)重影響著兒童和成人的身體健康乃至生命，如人體若攝取了過多的鉬元素會導(dǎo)致痛風(fēng)樣綜合癥，關(guān)節(jié)痛及畸形，腎臟受損，并有生長發(fā)育遲緩，動脈硬化，結(jié)蒂組織變性等病癥。當(dāng)前，兒童鉛中毒，重金屬致胎兒畸形，砷中毒等事件也屢有發(fā)生，使重金屬污染成為關(guān)系到人類健康和生命的重大環(huán)境問題。
目前，人們對水體重金屬污染問題已有相對深入的研究，同時采取了多種方法對重金屬廢水和污染的水體進(jìn)行處理和修復(fù)，主要采用混凝沉淀方法，該方法雖能使水體中的溶解態(tài)重金屬含量達(dá)標(biāo)，但水體中重金屬的總量并未下降，而且還存在投資高、處置效率低、現(xiàn)場適用性較差和極易引發(fā)二次污染等問題。采用吸附法去除水中污染物不需要添加其他藥劑，反應(yīng)速度快，處理效率高，易于操作且適用性廣，比混凝沉淀法更有優(yōu)勢。
人們在吸煙的時候，通常只消耗一支香煙的4/5-2/3，而剩余的1/5-1/3則作為垃圾被隨手丟棄。世界衛(wèi)生組織指出,到2025年,全球煙民人數(shù)將升至17億人以上。據(jù)悉，在13億中國人口中約有3.5億人是煙民,比美國的總?cè)丝谶€要多，并還在以每年300萬人的速度增長，中國擁有世界上最大的煙草銷售市場，例如2008年，我國共銷費卷煙4408.9萬箱，中國有60％的男性和4％的女性都是煙民，據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)，中國是世界最大的香煙生產(chǎn)國，煙民平均每人每天吸掉15.8支香煙，高于世界平均水平的13.6支，中國人自己消費世界上1/3的香煙，因此產(chǎn)生的廢棄煙頭數(shù)量龐大，亦對環(huán)境造成相當(dāng)大的污染。
對煙頭的回收主要對過濾嘴中海綿狀的醋酸纖維加以利用，醋酸纖維結(jié)構(gòu)式可表示為(c6h7o2)(oocch3)3n，由于其不易著火，可以用于制造紡織品、煙用濾嘴、片基、塑料制品等，醋酸長絲在化學(xué)纖維中酷似真絲，光澤優(yōu)雅、染色鮮艷、染色牢度強，手感柔軟滑爽、質(zhì)地輕，回潮率低、彈性好、不易起皺，具有良好的懸垂性、熱塑性、尺寸穩(wěn)定性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決目前重金屬水污染處理技術(shù)匱乏、處置材料難于回收、效率低等現(xiàn)實問題，本發(fā)明提供了一種利用廢棄醋酸纖維制備重金屬離子交換纖維的方法及應(yīng)用，該吸附方法簡單，易操作，性能穩(wěn)定，節(jié)省使用成本，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)意義，為污水處理材料的制備提供了一條新的思路，能夠很好的解決上述問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種利用廢棄醋酸纖維制備重金屬離子交換纖維的方法，該制備方法包括下述步驟：
一、醋酸纖維的預(yù)處理
先蒸煮醋酸纖維(煙頭過濾嘴)一定時間，然后用鹽酸溶液浸泡上述醋酸纖維一段時間，特定溫度烘箱中烘干后保存；
二、預(yù)處理纖維的改性
將步驟一預(yù)處理后的醋酸纖維與絡(luò)合基團(tuán)活性單體按照一定的質(zhì)量比加入到溶液中，在特定溫度的油浴中反應(yīng)特定時間，過濾洗滌后將產(chǎn)物置于特定溫度烘箱內(nèi)烘干至恒重，得到改性醋酸纖維材料，即重金屬離子交換纖維。
所述步驟一中，蒸煮后的醋酸纖維(煙頭過濾嘴)用質(zhì)量濃度為5-20％的鹽酸溶液浸泡10-20min。
所述步驟二中，絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多聚甲醛或氯磺酸。
所述步驟二中，醋酸纖維與絡(luò)合基團(tuán)活性單體的質(zhì)量比為1:3-12。
所述步驟二中，溶液為氯仿、乙二醇和二氯乙烷中的一種。
所述步驟二中，油浴中反應(yīng)的特定溫度為80-120℃，特定時間為60-90min。
所述步驟二中，烘箱中烘干溫度為60-80℃。
所述方法制備的重金屬離子交換纖維在重金屬污染廢水處理中的應(yīng)用。
所述重金屬離子交換纖維用于鉻污染中鉻離子的靜態(tài)吸附。
所述重金屬離子交換纖維的吸附步驟為：取1.0g改性醋酸纖維材料于螺口瓶中，室溫下對100ml一系列濃度的鉻離子溶液進(jìn)行靜態(tài)吸附30-40min，其吸附容量為33.6-55.3mg/g。
本發(fā)明的有益效果：
1、醋酸纖維基改性吸附材料制備方法簡單，成本便宜，吸附效率高，一般40min就能達(dá)到吸附平衡，吸附容量達(dá)到33.6-55.3mg/g。
2、本發(fā)明選用的原材料醋酸纖維來源廣泛，廉價易得，易于大批量生產(chǎn)。
3、本發(fā)明選用絡(luò)合基團(tuán)活性單體為多聚甲醛或氯磺酸，使得纖維基體上具有羰基和磺酸基，易與重金屬離子形成絡(luò)合物。
4、本發(fā)明快速研制的醋酸纖維基改性吸附材料機(jī)械強度高且保持纖維形狀，使用靈活，便于回收利用，洗脫方法簡單。
5、該吸附材料可以重復(fù)使用500次以上，吸附和脫附速度快，本身對環(huán)境無污染。
6、本發(fā)明制備改性醋酸纖維材料既可應(yīng)用于實際突發(fā)重金屬污染的吸附處理，也可應(yīng)用于常規(guī)重金屬廢水的處理，解決了影響重金屬水污染的處置效率及響應(yīng)速度提高的瓶頸問題，具有重要的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)意義。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
本發(fā)明在制備過程中采用回收的廢棄煙頭作為重金屬離子交換纖維的基體材料，具有制備方法簡單、原料廉價易得、吸附容量大，尤其對于重金屬水污染的處理效率高且具有較強的穩(wěn)定性，并且產(chǎn)品機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性好，使用方法簡單，進(jìn)一步提高了使用吸附劑的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
實施例1：
一、醋酸纖維的預(yù)處理
先用沸水蒸煮原料醋酸纖維60min，然后用15％氫氧化鈉浸泡10min后用去離子水洗滌至中性后置于80℃烘箱烘干；
二、預(yù)處理纖維的改性
將步驟一預(yù)處理后的醋酸纖維與氯磺酸以一定的質(zhì)量配比(1:6)加入到乙二醇溶液中，在80℃油浴內(nèi)反應(yīng)60min，過濾洗滌后將產(chǎn)物置于60℃烘箱中烘干至恒重，得到改性醋酸纖維材料；
三、吸附實驗
取上述方法制備的改性醋酸纖維材料1.0g于螺口瓶中，室溫下對100ml一系列濃度的鉻離子溶液進(jìn)行靜態(tài)吸附30min，其吸附容量為51.6mg/g。
實施例2：
一、醋酸纖維的預(yù)處理
先用沸水蒸煮原料醋酸纖維60min，然后用20％氫氧化鈉浸泡15min后用去離子水洗滌至中性后置于80℃烘箱烘干；
二、預(yù)處理纖維的改性
將步驟一預(yù)處理后的醋酸纖維與氯磺酸以一定的質(zhì)量配比(1:12)加入到乙二醇溶液中，在100℃油浴內(nèi)反應(yīng)80min，過濾洗滌后將產(chǎn)物置于70℃烘箱中烘干至恒重，得到改性醋酸纖維材料；
三、吸附實驗
取上述方法制備的改性醋酸纖維材料1.0g于螺口瓶中，室溫下對100ml一系列濃度的鉻離子溶液進(jìn)行靜態(tài)吸附35min，其吸附容量為55.3mg/g。
實施例3：
一、醋酸纖維的預(yù)處理
先用沸水蒸煮原料醋酸纖維60min，然后用15％氫氧化鈉浸泡10min后用去離子水洗滌至中性后置于80℃烘箱烘干；
二、預(yù)處理纖維的改性
將步驟一預(yù)處理后的醋酸纖維與氯磺酸以一定的質(zhì)量配比(1：3)加入到乙二醇溶液中，在120℃油浴內(nèi)反應(yīng)90min，過濾洗滌后將產(chǎn)物置于80℃烘箱中烘干至恒重，得到改性醋酸纖維材料；
三、吸附實驗
取上述方法制備的改性醋酸纖維材料1.0g于螺口瓶中，室溫下對100ml一系列濃度的鉻離子溶液進(jìn)行靜態(tài)吸附40min，其吸附容量為33.6mg/g。
實施例4：
實施例4將實施例1-3中的乙二醇替換為氯仿或者二氯乙烷，將絡(luò)合基團(tuán)活性單體氯磺酸替換為多聚甲醛。
以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。