對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，包括以下步驟：1)以接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維為母體，將接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維置于N,N-二甲基甲酰胺中浸泡12～14h；2)在步驟1)的所得物中加入配體，于30～50℃攪拌反應11～14小時；配體為碳酰肼，母體中的功能基-COOH與配體的摩爾比為1:4～6；3)將步驟2)所得產物進行過濾，所得濾餅經沖洗后干燥至恒重，得對Cr(VI)離子具有選擇性吸附的螯合纖維CHF。該螯合纖維CHF纖維對混合重金屬離子溶液中的Cr(VI)離子具有良好的選擇性吸附性能。
【專利說明】對Cr (VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合成新型螯合纖維的方法，具體涉及以接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維為母體，以碳酰肼為配體，從而合成能對混合重金屬離子溶液中Cr(VI)離子具有高效選擇吸附性能的螯合纖維CHF的方法。
【背景技術】
[0002]隨著工農業(yè)生產和科學技術的飛速發(fā)展，人們在推動經濟繁榮和創(chuàng)造財富的同時，也大量消耗著自然資源和污染著人們的生存環(huán)境。重金屬污染已成為最嚴重的生態(tài)污染之一，重金屬污染嚴重影響到經濟的持續(xù)發(fā)展和人類健康。
[0003]食品中重金屬污染是近年來聯(lián)合國糧農組織(FAO)、聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)、世界衛(wèi)生組織(WHO)的全球食品污染監(jiān)測計劃的重要項目，目前也是我國重點研究監(jiān)測的項目，在我國《重金屬污染綜合防治十二五規(guī)劃》中就將鉛、汞、鉻、鎘和砷明確列為第一類防控的重金屬污染物。重金屬污染屬于化學污染，主要來源于工業(yè)廢水廢氣廢渣的排放、污水灌溉及重金屬制品使用等。重金屬在水中不能分解，會經食物鏈濃縮隨食品進入人體后長期累積而引起機體的慢性損傷，很難被早期發(fā)覺。因此，如何及時、有效的預見因食物鏈中重金屬富集所造成的污染，并避免食源性危害的發(fā)生，已經成為世界各國科學研究工作者關心的一個重點和熱點問題。
[0004]世界各國對食品中重金屬毒性的認識存在共識:食品中不同的重金屬元素之間及同種元素不同量之間所產生的毒性不同。同時某些重金屬的價態(tài)也決定了其生物毒性的大小，例如鉻的毒性與其存在價態(tài)有關，三價鉻是人體必需的微量元素之一，六價鉻的毒性比三價鉻高100倍，六價鉻還具有致畸、致癌、致突變的作用等。因此，能有效的去除環(huán)境或食品中高毒價態(tài)的重金屬離子是十分必要的。
[0005]目前，國內外去除重金屬離子的方法有很多，主要方法有沉淀法、置換法、溶劑萃取分離法、萃淋樹脂分離法、離子交換樹脂法和螯合樹脂吸附法等。沉淀法和置換法主要是利用各種金屬本身所固有的物理、化學特性而進行分離提取。缺點是顯而易見的:設備配置及工藝操作復雜，試劑消耗大，污染嚴重等。在重金屬的分離富集中，溶劑萃取技術的應用越來越廣泛。該技術的缺點主要在于所使用的萃取劑價格大多較昂貴，有機溶劑較易揮發(fā)，環(huán)境污染嚴重，在重金屬萃取中另一普遍存在的問題是在萃取每一重金屬前需調整料液組成，且多級萃取過程也較繁瑣，有時還易形成第三相。萃淋樹脂分離法存在樹脂強度、萃取劑流失等問題，目前實際應用很少。而且盡管萃取分離技術己在許多領域得到應用，很多萃取流程造成的污染仍是嚴重的。離子交換與吸附分離是經典的分離方法之一。但仍存在制約該技術實際應用的一些因素，對離子電量和半徑相似的金屬離子的選擇性差。以上幾種方法對重金屬離子都有選擇性差，不能用于出去高毒價態(tài)重金屬離子的缺點，螯合樹脂吸附分離法則是根據帶有含不同配位原子的功能基團，能和金屬陽離子形成螯合物，由于金屬離子間的價電子結構不同，因此對離子的吸附具有較高的選擇性。螯合樹脂是一種對重金屬離子具有一定選擇性吸附能力的功能材料。但是洗脫時由于有些吸附反應發(fā)生在微球內部，受交聯(lián)網絡的影響，洗脫時有拖尾現(xiàn)象等缺點，這樣就大大降低了螯合樹脂的重復使用效率。
[0006]聚四氟乙烯(PTFE)纖維具有極好的化學穩(wěn)定性和較高的比表面積，因而與吸附質接觸面積更大、流體阻力更小、擴散通道更短、與功能基的反應更容易，吸附容量大，選擇性也更好，吸附和洗脫速率也更高，同時具有可塑性強，能制成各種所需要的形狀等優(yōu)點。因此，若能對PTFE纖維進行表面接枝改性使其連接各種螯合功能團，則制備成的PTFE螯合纖維將會是一種可用于環(huán)境或食品中重金屬離子去除處理很有發(fā)展前景的新型吸附分離材料。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用以對Cr(VI)離子具有高效選擇性吸附能力的螯合纖維CHF的合成方法。該螯合纖維CHF纖維對混合重金屬離子溶液中Cr(VI)離子具有良好的選擇性吸附性能。
[0008]本發(fā)明提供一種對Cr (VI)具有選擇性吸附的螯合纖維CHF的合成方法，包括以下步驟:
[0009]I)、以接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維(PTFE-g-AA)為母體，將接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維(PTFE-g-AA)置于N，N- 二甲基甲酰胺中浸泡12?14h ；
[0010]2)、在步驟I)的所得物中加入配體，于30?50°C攪拌反應11?14小時；所述配體為碳酰肼，母體與配體的摩爾比為1:4?6 ;
[0011]3)、將步驟2)所得產物進行過濾，所得濾餅經沖洗后干燥至恒重，得到對Cr(VI)具有高效選擇性吸附能力的螯合纖維CHF。
[0012]作為本發(fā)明的螯合纖維CHF的合成方法的改進，步驟3)中的沖洗為:所得濾餅經N, N- 二甲基甲酰胺、乙醚、乙醇、去離子水依次沖洗。
[0013]作為本發(fā)明的螯合纖維CHF的合成方法的進一步改進，步驟I)中接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維(PTFE-g-AA)與N，N- 二甲基甲酰胺的料液比為20.0mg:40?60ml。
[0014]作為本發(fā)明的螯合纖維CHF的合成方法的進一步改進，步驟3)中的干燥為于40?60°C (較佳為50°C )恒溫干燥。
[0015]作為本發(fā)明的螯合纖維CHF的合成方法的進一步改進，步驟2)中攪拌的轉速為250 ?350rpm/mino
[0016]本發(fā)明還同時提供了如上述任一方法合成而得的螯合纖維CHF，其對混合重金屬離子溶液中Cr(VI)具有高效選擇吸附性能。
[0017]發(fā)明人在發(fā)明過程中，運用密度泛函理論，選擇不同聚合物的配體模型，優(yōu)化這些配體與Cr(VI)離子形成配合物的幾何結構，計算得到結合能，建立起聚合物對金屬離子吸附能力的評價模型，并在此基礎上引入校正因子，實現(xiàn)對目標配體的快速理論篩選。
[0018]本發(fā)明所得產物即為新型的螯合纖維CHF，根據產物中N的含量，合成的螯合纖維CHF的功能基轉化率可通過下面公式(I)和(2)計算:
【權利要求】
1.對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是包括以下步驟: 1)、以接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維為母體，將接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維置于N，N-二甲基甲酰胺中浸泡12~14h ； 2)、在步驟I)的所得物中加入配體，于30~50°C攪拌反應11~14小時；所述配體為碳酰肼，母體中的功能基-COOH與配體的摩爾比為1:4~6 ; 3)、將步驟2)所得產物進行過濾，所得濾餅經沖洗后干燥至恒重，得對Cr(VI)離子具有選擇性吸附的螯合纖維CHF。
2.根據權利要求1所述的對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是: 所述步驟3)中的沖洗為:所得濾餅經N，N-二甲基甲酰胺、乙醚、乙醇、去離子水依次沖洗。
3.根據權利要求2所述的對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是: 所述步驟I)中接枝丙烯酸聚四氟乙烯纖維與N，N- 二甲基甲酰胺的料液比為20.0mg:40 ~60ml ο
4.根據權利要求3所述的對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是: 所述步驟3)中的干燥為:于40~60°C恒溫干燥。
5.根據權利要求4所述的對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是: 所述步驟2)中攪拌的轉速為250~350rpm/min。
6.根據權利要求1~5任一所述的對Cr(VI)具有選擇性吸附的螯合纖維的合成方法，其特征是: 所述步驟2)中，母體中的功能基-COOH與配體的摩爾比為1:4，于40°C攪拌反應12小時，攪拌轉速為300rpm/min。
【文檔編號】B01J20/28GK104018346SQ201410226701
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】熊春華, 張 浩, 潘成野, 姚彩萍 申請人:浙江工商大學