一種多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重金屬吸附材料的制備方法，尤其涉及一種利用高內(nèi)相乳液模板法多制備孔泡沫體重金屬吸附材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬以多種物理和化學(xué)形態(tài)存在于水體、土壤及大氣等環(huán)境之中，并在環(huán)境中產(chǎn)生迀移、富集、吸收與轉(zhuǎn)化，從而通過(guò)食物鏈危害人體健康，如致癌、致畸等。隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，目前水體和土壤重金屬污染已成為治理的難點(diǎn)。
[0003]環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，全國(guó)土壤總的超標(biāo)率為16.1%，其中土壤中鎘、鉛點(diǎn)位超標(biāo)率分別達(dá)到7.0%和1.5%。如何安全有效地修復(fù)并利用這些受污染的重金屬土壤已成為當(dāng)前我國(guó)亟需解決的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。應(yīng)用吸附材料去除或原位鈍化土壤中重金屬由于具有投資小、方法簡(jiǎn)便易行、成本較低等優(yōu)勢(shì)，在重金屬污染治理領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。
[0004]原位鈍化修復(fù)原理是通過(guò)向污染土壤中添加有機(jī)、無(wú)機(jī)或雜化功能材料等，以調(diào)節(jié)和改變土壤理化性質(zhì)，使其產(chǎn)生吸附、沉淀、離子交換、氧化-還原等反應(yīng)，改變重金屬離子在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存狀態(tài)，抑制其在土壤中可迀移性和生物有效性，降低農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收累積，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。但原位鈍化修復(fù)技術(shù)是治標(biāo)不治本的方法，因而真正經(jīng)濟(jì)、有效、能成規(guī)模運(yùn)用的土壤重金屬去除修復(fù)技術(shù)成為人們追求的目標(biāo)。
[0005]要從污染土壤中去除重金屬，一是要解決吸附材料的可選擇吸附性，二是要解決材料從土壤中的可分離性。近年來(lái)在重金屬可選擇吸附性方面已取得重要進(jìn)展，但吸附材料在土壤中吸附重金屬后如何與土壤分離方面的工作很少。目前的吸附材料多為粉末狀產(chǎn)品，與土壤共混吸附后很難從土壤中能有效分離。因此，研制性能優(yōu)良的可回收或易于土壤分離的吸附劑，成為治理土壤重金屬污染關(guān)注的重點(diǎn)。
[0006]近年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到大孔材料在吸附分離過(guò)程中具有快速吸附與解吸特點(diǎn)，不僅吸附效率高且可回收利用，同時(shí)通過(guò)孔壁改性可使材料具有良好的選擇吸附性，因此在重金屬污染土壤治理方面具有使用方便、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種利用高內(nèi)相乳液模板法制備多孔泡沫體重金屬吸附材料的方法。
[0008]一、多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備
本發(fā)明多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備，是以水為連續(xù)相，有機(jī)溶劑為有機(jī)分散相，非離子表面活性劑為乳液穩(wěn)定劑，殼聚糖作為接枝骨架，可聚合的功能單體為接枝單體，在引發(fā)劑、交聯(lián)劑存在下，通過(guò)高內(nèi)相乳液模板法制備而得。
[0009]其具體制備工藝為:在攪拌下先將殼聚糖、可聚合的功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑充分分散于水中，再在向水相中加入有機(jī)分散相攪拌充分分散，得高濃乳液；然后裝入柱狀管中于30~90°C聚合4~48h后，索氏提取12~48h，經(jīng)工業(yè)乙醇脫水，真空干干燥，得到多孔泡沫體重金屬吸附材料。
[0010]上述反應(yīng)介質(zhì)中，連續(xù)相水與有機(jī)分散相按以下體積百分比進(jìn)行配比:水10%~40%，有機(jī)分散相 60%~90%。
[0011]上述各原料按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比:表面活性劑10.50%，殼聚糖5~20%，可聚合的功能單體10~40%，交聯(lián)劑1~25%，引發(fā)劑0.2~10%。
[0012]其中，作為有機(jī)分散相的有機(jī)溶劑為甲苯、苯、對(duì)二甲苯、液體石蠟、正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、松節(jié)油、四氯化碳中的一種。
[0013]表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚、脂肪酸聚環(huán)乙烯烷酯、聚環(huán)氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰醇胺、聚氧乙烯與聚氧丙烯嵌段共聚物、甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一種。
[0014]可聚合的功能單體為丙烯酰胺、斧異丙基丙烯酰胺、馬來(lái)酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸、衣康酸、乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺-4-乙烯基嘧啶、乙烯基咪唑、烯丙基咪唑中的至少一種。
[0015]交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基異氰酸酯、A Λ/’ -亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
[0016]引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨、偶氮二異丁腈、過(guò)氧化苯甲酰中的一種。
[0017]二、多孔泡沫體重金屬吸附材料的結(jié)構(gòu)、形貌表征
下面通過(guò)激光掃描共聚焦顯微鏡(CLSM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等表征手段，對(duì)本發(fā)明制備的高內(nèi)相乳液及多孔重金屬吸附劑的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行分析。
[0018]1、激光掃描共聚焦顯微鏡(CLSM)分析
圖1為本發(fā)明制備的高內(nèi)相乳液的形貌。在乳液制備過(guò)程中，分別在分散相和連續(xù)相中加入熒光顯色劑二萘嵌苯和熒光黃，然后在激光掃描共聚焦顯微鏡下對(duì)高內(nèi)相乳液進(jìn)行觀察。圖中，a中呈淺色亮點(diǎn)的為有機(jī)分散相，b中連續(xù)部分為水連續(xù)相。從圖中可以看出，有機(jī)分散相在高內(nèi)相乳液中均勾分布并且緊密排列，部分有機(jī)分散相呈規(guī)則圓形而部分則呈現(xiàn)不規(guī)則多邊形，這是因?yàn)榉稚⑾囿w積所占的比例較大時(shí)，大量有機(jī)溶劑液體擠在一起形成的。而且，水分散相在乳液中被有機(jī)連續(xù)相擠成薄層，但仍然連續(xù)分布。這些信息證實(shí)，經(jīng)過(guò)該種高內(nèi)相乳液制備方法，最終形成水包油型高內(nèi)相乳液(0/W)。
[0019]2、SEM 分析
圖2為本發(fā)明制備的多孔吸附劑的數(shù)碼照片以及SEM圖。從數(shù)碼照片可以看出，本發(fā)明制備的多孔吸附材料的產(chǎn)品形態(tài)為白色多孔泡沫體，截面直徑約0.5cm。從SEM圖可以觀察到多孔吸附劑存在大量孔道結(jié)構(gòu)，其中一級(jí)孔孔徑在0.5~5um，二級(jí)孔大量存在且分布均勻。一級(jí)孔及二級(jí)孔的大量分布有利于重金屬離子從外界溶液中向吸附材料內(nèi)部擴(kuò)散，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的快速、高效吸附分離。
[0020]三、多孔泡沫體重金屬吸附材料對(duì)重金屬的吸附和重復(fù)使用性能
1、對(duì)重金屬鉛和銅的吸附性能
分別選取50mg/L、200mg/L和500 mg/L的Pb2+和Cu 2+模擬重金屬?gòu)U水25 mL，向其中加入本發(fā)明吸附劑(起始量為0.8 g/L)，恒溫振蕩不同吸附時(shí)間，過(guò)濾分離，上清液用可見(jiàn)分光光度法測(cè)定Pb2+和Cu 2+的濃度。圖3、圖4分別為本發(fā)明制備的多孔吸附劑對(duì)Cu 2+，Pb2+的吸附速率曲線。由圖3、4可見(jiàn)，無(wú)論是Pb 2+還是Cu 2+，在50mg/L時(shí)其吸附平衡時(shí)間為5min ;在500mg/L時(shí)其吸附平衡時(shí)間為20min，該結(jié)果說(shuō)明無(wú)論是低濃度還是高濃度重金屬離子，都可以實(shí)現(xiàn)快速吸附去除，其吸附容量對(duì)Pb2+最大可達(dá)605 mg/g，對(duì)Cu2+最大可達(dá)332mg/Lo
[0021]2、對(duì)重金屬鉛和銅的重復(fù)使用性能
選取500 mg/L的Pb2+和Cu 2+模擬重金屬?gòu)U水25mL，向其中加入本發(fā)明吸附劑(起始量0.8g/L)，恒溫振蕩lh，過(guò)濾分離。上清液用可見(jiàn)分光光度法測(cè)定Pb2+和Cu2+的濃度。吸附劑過(guò)濾后，0.lmol/L HCl溶液脫附、0.lmol/L NaOH溶液再生后繼續(xù)用于對(duì)Pb2+和Cu2+模擬重金屬?gòu)U水吸附。圖5、6分別為本發(fā)明制備的多孔吸附劑吸附Cu2+，Pb2+的重復(fù)使用性能曲線。由圖可見(jiàn)，無(wú)論是對(duì)于Pb2+還是Cu2+，多孔吸附劑經(jīng)5次吸附-脫附過(guò)程后，仍然保持很好的吸附性能，吸附容量降低均小于5%。說(shuō)明該種多孔重金屬吸附劑具有很好重復(fù)使用性能。
[0022]綜上所述，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、采用高內(nèi)相乳液技術(shù)，可以形成穩(wěn)定的水包油型(0/W)高內(nèi)相乳液，因而聚合后存在大量的一級(jí)孔和二級(jí)孔，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬Cu2+和Pb 2+的快速高效吸附；
2、本發(fā)明制備的吸附劑具有非常好的可重復(fù)使用性能，有效降低了重金屬污染土壤治理的成本；