专利名称：一种改性脱脂棉及其制备、使用方法
技术领域：
本发明属于改性脱脂棉及其制备、使用方法这一技术领域，尤其属于羧基棉及其制备、使用方法这一技术领域。
背景技术：
常用的改性脱脂棉有巯基棉，其制备方法为将巯基乙酸、乙酐、乙酸、浓硫酸充分混匀，冷却至室温后，加入脱脂棉。浸泡完全后，保温2～4天后取出，抽滤，洗涤至中性并于30℃下烘干。所制备出的产品必须避光，密闭，低温度保存。其经常用于痕量物质的分析检测，巯基棉螯合性能差，同时制备工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供螯合性能的改性脱脂棉。
本发明解决技术问题的技术方案为一种改性脱脂棉，其特征在于其结构式中包括下列单元 所述的R为钠离子、钾离子，优选的R为钠离子。
本发明所述的改性脱脂棉的制备方法为将脱脂棉与0.1-1M柠檬酸溶液以1∶10-30(棉∶酸，W/V)的比例混合，搅拌不小于20分钟后，在50-80℃烘干至恒重，升温至115-125℃并保温不小于90分钟，冷至室温，用蒸馏水反复洗涤至溶液中无柠檬酸，过滤，滤留物中加入足量碱金属溶液，搅拌不小于60分钟后过滤，将滤留物用蒸馏水洗涤至中性，在50-80℃下干燥至恒重。
优选的蒸馏水为双蒸水。
所述的碱金属溶液为氢氢化钠溶液，氢氧化钾溶液。
优选的碱金属溶液为0.1M的氢氧化钠溶液。
本发明的制备原理为柠檬酸脱水形成具有反应活性的酸酐，进而与纤维素中糖单元的C6的羟基发生酯化反应，生成柠檬酸纤维素单酯，再用碱金属溶液将酯化棉中柠檬酸的两个未酯化羧基由氢型转为碱金属型，以所用的碱金属溶液为氢氧化钠溶液为例，反应可用下列化学式表达 本发明所制备的羧基改性脱脂棉可以用于处理含有阳离子废水，所述的阳离子包括金属离子，如铁离子、铜离子、铅离子，阳离子碱性染料。
本发明的使用方法为将含有阳离子废水调节pH至4-7，加入1-20g/l改性脱脂棉搅拌不小于30分钟，过滤即可。
优选的使用方法为将含有铜离子废水调节pH至5-6，加入1-5g/l改性脱脂棉搅拌30-90分钟即可以处理含有铜离子的废水为例，其反应方程式为
本发明与现有技术相比，改性脱脂棉的螯合性能明显提高，可以用于处理阳离子的废水，扩大了改性脱脂棉的使用范围，同时本发明的制备方法非常简单，原料易得，成本低，可以进行广泛的推广应用。
图1为脱脂棉及改性脱脂棉的红外光谱其中a为脱脂棉；b为改性脱脂棉。
图2为pH对改性脱脂棉吸附铜离子(二价)的影响。
图3为吸附时间对改性脱脂棉吸附铜离子(二价)的影响。
图4为铜浓度对改性脱脂棉吸附铜离子(二价)的影响。
图5为铜离子(二价)在改性脱脂棉上的兰格缪尔吸附等温线
具体实施例方式一、制备方法实施例1将脱脂棉与0.1M柠檬酸溶液以1∶15(棉∶酸，W/V)的比例混合，搅拌30分钟后，在50℃烘干至恒重，升温至115℃并保温90分钟，冷至室温，用蒸馏水反复洗涤至溶液中无柠檬酸，(即滤液中滴入0.1M硝酸铅无混浊产生)，滤留物中加入足量的0.1M氢氧化钠溶液，搅拌60分钟后过滤，将滤留物用蒸馏水洗涤至中性，在50℃下干燥至恒重，得到改性脱脂棉的钠盐。
改性脱脂棉的红外图谱为图1中的b，图1中的b与a相比，红外光谱在1753.4cm-1波数处出现明显的羰基伸缩振动吸收峰，这显然是柠檬酸酯化产生的结果。
实施例2将脱脂棉与0.5M柠檬酸溶液以1∶10(棉∶酸，W/V)的比例混合，搅拌20分钟后，在60℃烘干至恒重，升温至120℃并保温120分钟，冷至室温，用双蒸水反复洗涤至溶液中无柠檬酸，(即滤液中滴入0.1M硝酸铅无混浊产生)，滤留物中加入足量的0.1M氢氧化钾溶液，搅拌90分钟后过滤，将滤留物用双蒸水洗涤至中性，在60℃下干燥至恒重，得到改性脱脂棉的钾盐。
二、使用方法实施例3取100ml已用0.1M的HCl或NaOH调pH值至1-7，20mg/l的二价铜溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用原子吸收光度法测定铜离子的剩余值，用下式计算铜离子的吸附量
q＝(C0-Ce)V/W式中，q为每克吸附剂吸附铜的量(mg.g-1)，C0为铜溶液的初始浓度(mg.L-1)，Ce为吸附平衡后铜溶液的浓度(mg.L-1)，V为溶液的体积(L)，W为吸附剂的量(g)。
其结果为图2，pH＝1时铜离子的吸附率最低，这是因为低pH值条件下溶液中大量的H+与改性脱脂棉的官能团-COO-结合成-COOH，从而影响改性脱脂棉对铜离子的吸附。在pH＝1-4范围内，铜离子的吸附随pH值增加而增加，pH≥4时，铜离子的吸附达到平衡值。故后续实施例均在pH 5下进行。
实施例4取100mlpH值＝5，20mg/l的二价铜溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至适当时间，过滤，所得溶液用原子吸收光度法测定铜离子的剩余值，铜离子的吸附量的计算方法与实施例3相同。
其结果为图3，由图中结果可见开始阶段铜离子的吸附是很快的，铜离子的快速吸附后是一个吸附速度渐慢的扩散吸附阶段，最后铜离子的吸附在30分钟左右达到吸附平衡，故后续实施例均搅拌1小时。
实施例5取100mlpH值＝5的二价铜溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用原子吸收光度法测定铜离子的剩余值，铜离子的吸附量的计算方法与实施例3相同。
其结果为图4，图4显示了铜离子浓度对改性脱脂棉吸附铜离子的影响结果。当铜离子浓度由5mg/l增至70mg/l时，改性脱脂棉的铜离子吸附率从99.74减至42.62％；用兰格缪尔吸附等温线方程对图4中铜离子的吸附数据进行拟合，线性兰格缪尔方程有如下形式Ce/qe＝1/(aQm)+Ce/Qm式中Ce(mg/l)为吸附平衡时铜离子的液相浓度，qe(mg/g)是吸附平衡时铜离子的吸附量，Qm(mg/g)是铜离子的最大吸附量，可由Ce/qe对Ce作图所得直线方程的斜率1/Qm得。
从图5所得接近于1的线性相关系数(R2＝0.9714)数值可见铜离子在改性脱脂棉上的吸附符合兰格缪尔方程，由兰格缪尔吸附等温线所得直线方程的斜率1/Qm求得铜离子的最大吸附量为22.68mg/g。
实施例6取100mlpH值＝5，20mg/l的三价铁离子溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例2的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用原子吸收光度法测定铁离子的剩余值，铁离子的吸附量的计算方法与实施例3相同。其吸附量为19.47mg/g。
实施例7取100mlpH值＝5，20mg/l的二价铅离子溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用原子吸收光度法测定铅离子的剩余值，铅离子的吸附量的计算方法与实施例3相同。其吸附量为30.76mg/g。
实施例8取100mlpH值＝5，200mg/l的亚甲基蓝溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用分光光度法测定亚甲基蓝的剩余值，亚甲基蓝的吸附量的计算方法与实施例3相同。其吸附量为185.23mg/g。
实施例9取100mlpH值＝5，20mg/l的孔雀绿溶液置于250ml的锥形瓶中，加入0.1克实施例1的改性脱脂棉，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附至1小时，过滤，所得溶液用分光光度法测定孔雀绿的剩余值，孔雀绿的吸附量的计算方法与实施例3相同。其吸附量为174.75mg/g。
实施例6-9显示，本发明能够充分对废水中的阳离子进行吸附。
权利要求
1.一种改性脱脂棉，其特征在于其结构式中包括下列单元 所述的R为钠离子、钾离子。
2.根据权利要求1所述的一种改性脱脂棉，其特征在于所述的R为钠离子。
3.一种权利要求1所述的改性脱脂棉的制备方法，其特征在于将脱脂棉与0.1-1M柠檬酸溶液以1∶10-30(棉∶酸，W/V)的比例混合，搅拌不小于20分钟后，在50-80℃烘干至恒重，升温至115-125℃并保温不小于90分钟，冷至室温，用蒸馏水反复洗涤至溶液中无柠檬酸，过滤，滤留物中加入足量碱金属溶液，搅拌不小于60分钟后过滤，将滤留物用蒸馏水洗涤至中性，在50-80℃下干燥至恒重。
4.根据权利要求3所述的一种改性脱脂棉的制备方法，其特征在于所述的蒸馏水为双蒸水。
5.根据权利要求3所述的一种改性脱脂棉的制备方法，其特征在于所述的碱金属溶液为氢氢化钠溶液，氢氧化钾溶液。
6.根据权利要求5所述的一种改性脱脂棉的制备方法，其特征在于所述的碱金属溶液为0.1M的氢氧化钠溶液。
7.一种权利要求1所述的改性脱脂棉的使用方法，其特征在于将含有阳离子废水调节pH至4-7，加入1-20g/l改性脱脂棉搅拌不小于30分钟，过滤即可。
8.根据权利要求7所述的改性脱脂棉的使用方法，其特征在于将含有铜离子废水调节pH至5-6，加入1-5g/l改性脱脂棉搅拌30-90分钟即可。
全文摘要
本发明公开了一种改性脱脂棉及其制备、使用方法，右式为所述的改性脱脂棉的结构式。所述的R为钠离子、钾离子，其制备方法为将脱脂棉与柠檬酸溶液混合，搅拌，烘干至恒重，升温至115－125℃并保温，冷至室温，用蒸馏水反复洗涤，过滤，滤留物中加入足量碱金属溶液，搅拌不小于60分钟后过滤，将滤留物用蒸馏水洗涤至中性，干燥至恒重；其使用方法为将含有阳离子废水调节pH至4－7，加入1－20g/l改性脱脂棉搅拌不小于30分钟，过滤即可。本发明与现有技术相比，改性脱脂棉的螯合性能明显提高，可以用于处理阳离子的废水，扩大了改性脱脂棉的使用范围，同时本发明的制备方法非常简单，原料易得，成本低，可以进行广泛的推广应用。
文档编号D06M11/38GK101029452SQ20061015606
公开日2007年9月5日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者龚仁敏, 朱国萍, 胡云, 钟克定, 张德敏 申请人:安徽师范大学