[发明专利]农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂及其制备工艺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种阳离子型吸附剂及其制备工艺，尤其涉及一种季胺盐阳离子型吸附剂及其制备工艺，属于环境与化学技术领域。

(二)背景技术

据联合国环境规划署(UNEP)统计，世界上种植的各种农作物每年所产生的秸秆多达17亿吨，其中大部分没有得到有效利用。农作物秸秆的利用大致分为三类用途：一是工业原料，主要用于造纸，约占总量的2.3％；二是牲畜饲料，主要是作草食动物饲料，约占总量的24.0％；三是直接燃烧或作为生物质能源，占31.5％。其余秸秆被闲置浪费或就地焚烧。目前，农业废弃物以其丰富、廉价的生物资源得到了各国的普遍重视，已有多种农业废弃物如稻米壳、甘蔗渣、花生壳、苹果渣、锯末、椰子壳、香蕉皮、桔子皮、松树皮等被制备成各种离子吸附剂，用来吸附有害离子。既解决了资源浪费的问题，又解决了环境污染的问题。以麦草秸秆为例，麦草秸秆是一种资源丰富的农业废弃物，我国的农作物秸秆年产量约为7亿吨左右，其中小麦秸秆占15.2％，约1.06亿吨。麦草秸秆的主要成分为：纤维素32.1％，半纤维素29.2％，木质素16.4％，灰分4.8％，其它成分17.5％。用来制备阳离子型吸附剂的主成分是其中的纤维素、木质素等活性成分。

阳离子型吸附剂可应用于各种污染废水的处理，例如染料废水、富营养化废水等。因此制备农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂，拓宽了利用农作废弃物制备阳离子型吸附剂的种类，解决了大量农业废弃物资源浪费或处置不当带来的环境污染问题，同时为吸附剂大量应用于污染废水的治理，提供了技术支持。

农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂的研制是在叔胺盐阳离子型吸附剂的基础上发展起来的，一般而言，季胺盐阳离子受pH值的影响较叔胺盐要小，同时，活性也比较大，因此季胺盐阳离子型吸附剂对阴离子的吸附效果要好于叔胺盐类阳离子型吸附剂。

关于叔胺盐阳离子型吸附剂的研究报道，参见高宝玉，孙逊，岳钦艳等.不同交联剂制备的环氧氯丙烷-二甲胺聚合物的结构和脱色性能[J].环境科学学报，2006 26(12)：1977-1982.和U.s.Orlando，A.U.Baes，W.Nishijima.Preparation of agricultural residue anionexchangers and its nitrate maximum adsorption capacity.Chemosphere 48(2002)1041-1046.。但对于麦草秸秆季胺盐阳离子型吸附剂制备工艺并应用于氮、磷的处理，从而减轻富营养化，目前国内未见文献报道。在国外文献数据库中，目前未见相关文献报道。

(三)发明内容

本发明针对叔胺盐阳离子型吸附剂增重率较低以及容易受二甲胺用量影响的技术上的不足，提供一种增重率高、产品稳定性好、吸附效果好、适用范围广、再生方便、既具有良好贮存稳定性又具有良好吸附效果的农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂及其制备工艺。

本发明的农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂，是以秸秆或甘蔗渣、环氧氯丙烷和三乙胺为原料，以吡啶为催化剂，于50～150℃反应制得，产品外观为黑色、棕黑色或红棕色的粉末状固体，Zeta电位在20～48mv之间，水溶液pH值在2.5～9。

上述农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂，优选是，外观为黑色或棕黑色粉末状固体，具金属色泽，Zeta电位在40～48mv之间，水溶液pH在4～7之间。

季胺盐阳离子型吸附剂的通式，以纤维素为例表示为：

上述的秸秆原料选自麦草秸秆或玉米秸秆等，下同。

本发明的农业废弃物季胺盐阳离子型吸附剂的制备方法，步骤如下：

(1)将粒径为400～500μm秸秆或甘蔗渣，与环氧氯丙烷按质量体积比1∶5～30混合，置于三口瓶中，搅拌加入适量N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，在50～150℃下搅拌反应30～120min；

(2)向三口瓶中加入吡啶，按秸秆或甘蔗渣∶吡啶质量体积比1∶3～10，继续搅拌反应30～120min，温度恒定控制在50～150℃；

(3)加入质量百分浓度是90～99％的三乙胺溶液，按秸秆或甘蔗渣∶三乙胺溶液质量体积比1∶5～30，温度控制在50～150℃，并搅拌反应1～8小时；得固体产物，