[发明专利]一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法，包括如下步骤：(1)预处理；(2)溶解再生成形；(3)季铵化改性；(4)清洗转型。本发明采用离子液体将甘蔗渣直接溶解后再生成型制备了尺寸均匀、外观一致的木质纤维素小球，并经过季铵化改性得到一种低成本的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂，与传统生物质粉末型吸附剂相比，所制备的阴离子交换剂具有更稳定的化学和机械性能，适合柱子及床层过滤操作，便于分离和再生，有利于实现低成本高效分离去除水中阴离子污染物。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法。

背景技术

水中常见的阴离子污染物有铬酸根(CrO₄^2-)、硫酸根(SO₄^2-)、硝酸根(NO₃^-)、磷酸根(PO₄^3-)、砷酸根(AsO₄^3-)、氰酸根(CN-)等。这些阴离子污染物种类较多，各自具有不同的生物毒性和环境危害，它们的共同特征是在水溶液中都呈负电性，迁移性强，不易去除分离。一般认为，离子交换吸附是分离去除水体中低浓度离子态污染物的最直接有效的方法。阴离子污染物不易被活性炭、沸石等常见水处理吸附剂所捕捉富集，目前使用和研究较多的阴离子吸附材料主要有阴离子交换树脂(如国产D201等)，黏土矿物类材料(如膨润土等)、金属氧化物及其负载材料(如ZrOOH、FeOOH、LDHs等)等。在这些材料中，阴离子树脂由于具有交换吸附容量大，机械和化学性能稳定，便于再生回收有价值离子等优势，在实际水处理工程中被广泛采用。但是离子树脂价格昂贵，不利于大量应用，而且现流行苯乙烯和丙烯酸系树脂的原材料均是石化产品，随着石化资源的逐步枯竭，世界各国研究者们一直在寻找和开发替代性功能材料。

纤维素作为地球上最丰富的天然高分子，是替代石化产品的重要选择之一。基于纤维素的离子交换吸附材料已被成功开发，据研究纤维素基离子交换剂在蛋白质分离，色谱应用等方面性能优越，但是在水处理中尚有缺陷，应用不多。主要原因是从天然生物质材料如秸秆、木材等中提取纯化纤维素步骤复杂，成本较高，而且纤维素基离子交换剂的交换吸附容量普遍比同类商业阴离子树脂低。人们进一步将目标投向纤维素的天然原材料生物质，提出生物吸附概念(Biosorption)即不必分离提纯纤维素，直接应用富含木质纤维素的天然生物质粉末及其改性材料去除水中污染物。然而，这种粉末型生物吸附剂虽然在实验研究中获得了较好吸附性能，但由于难于分离再生，化学稳定性和机械性能较弱，不适合床层(柱子)过滤操作，在实际中很难推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将甘蔗渣用自来水清洗，接着进行干燥，再通过粉碎筛选，获得70-90目的甘蔗渣粉末；

(2)在离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐缓慢加入步骤(1)制得的甘蔗渣粉末和NaHCO₃，于105-115℃下持续搅拌反应0.8-1.2h，然后用注射器抽取反应溶液，挤压逐滴滴入0.1M HCl水溶液中析出固化小球，静置后用去离子水清洗，经干燥获得木质纤维素小球；

(3)将步骤(2)制得的木质纤维素小球、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合，并于95-105℃下搅拌反应1.5-2.5h，接着缓慢滴加吡啶，于95-105℃搅拌反应0.5-1.5h，然后缓慢加入浓度为28-32％的三甲胺溶液，于95-105℃继续搅拌反应0.4-0.6h；