一种磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料的制备方法，属于吸附材料领域。
【背景技术】
[0002]淀粉其丰富资源、低廉价格、独特的结构和反应性使其可以通过结构修饰拥有更多、更好的性能，取代由石油产品合成的难以降解的一些高聚物。几十年来设计及合成各种淀粉衍生物是一个非常活跃的研究领域，很多功能性官能团以各种方式被引入淀粉中从而形成诸如醚化淀粉、接枝共聚淀粉、交联淀粉、酯化淀粉等多种淀粉衍生物。其中阳离子化淀粉自20世纪60年代国外开始工业化生产以来，已成为在造纸、纺织、油田钻井、污水处理、日用化学品等许多领域得到广泛应用的淀粉衍生物。
[0003]磁性吸附材料由于具有传质速率快、在磁场作用下易于分离的特点而广泛用于废水处理、生物分离等场合。其中无机磁性吸附材料如磁性粘土、磁性沸石等对于重金属离子和染料分子的吸附容量较低，而天然有机高分子聚合物由于廉价易得，而被广泛应用于有机磁性吸附材料的制备。
[0004]聚丙烯酰胺作为一种线状水溶性高分子絮凝剂，由于其分子链上具有与丙烯酰胺单元数相同的侧基-酰胺基，而酰胺基具有高极性，易形成氢键和高反应活性。聚丙烯酰胺通过接枝反应，接枝到不同基质上，合成一类新型的功能性材料。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题:针对目前磁性吸附材料具有很高的表面活性，很容易发生团聚，而且吸附剂处理废水后很难从溶液中分离出来，回收困难、二次污染，对环境造成危害的问题，提供了一种磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料的制备方法，本发明制备出的阳离子淀粉具有很好的生物相容性、亲水性和可降解性，分子链上具有丰富羟基，可以对重金属离子进行络合、离子交换或者静电吸引，聚丙烯酰胺分子链上具有大量的氨基，这些活性基团对于金属离子有很强的络合能力，所以可以利用聚丙烯酰胺对阳离子淀粉进行多氨基改性，同时对无机磁性四氧化三铁进行包覆，可以得到复合吸附材料，应用在废水处理中，吸附重金属效果显著，易分离回收重新再利用，而且制备工艺简单，成本低。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)取15?20mL质量分数15?45%氢氧化钠溶液，向碱溶液中加入40?60g小麦淀粉和100?200mL蒸馈水，在30?50°C下磁力搅拌混合30?50min，混合后向淀粉溶液中加入总质量5?8%环氧氯丙烧，继续搅拌反应形成楽状，向其中再滴加质量分数15%盐酸调节pH6.5?7.0，调节后过滤，将滤渣用蒸馈水冲洗3?5次；
(2 )将上述冲洗后的滤渣中加入总质量5?15%质量分数33%三甲胺溶液，高速搅拌机搅拌混合30?40min，再将混合物置于温度为30?50°C下进行阳离子化反应4?6h，反应结束后过滤，得到产物用质量分数75%乙醇溶液反复洗涤5?7次，过滤、真空干燥、粉碎成70?80目粉末，得到阳离子淀粉，备用；
(3)取4?6gFeCl3.6H2O和8?1gFeCl2.4H20置于500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入180?200mL蒸馏水，搅拌使固体全部溶解，配置成氯化铁和氯化亚铁混合溶液，放入60?70°C水浴中，取45?55mL质量分数35%氢氧化钠溶液用滴液漏斗滴加到烧瓶中，边滴加边搅拌，保持在30?40min滴完，继续搅拌反应I?3h，反应结束后用磁分离，分离得到的产物用蒸馏水冲洗3?5次，得到磁性颗粒，并将磁性颗粒按固液比1:5加入到蒸馏水中，进行超声振荡处理30?40min，得到磁性悬浮液；
(4)取3?6g步骤(2)得到的阳离子淀粉加入到500mL三口烧瓶中，向瓶中
加入200?220mL蒸馏水，磁力搅拌30?40min后静置8?1h，得到阳离子淀粉水溶液，向其中按体积比5:1?7:1与上述磁性悬浮液混合，并超声分散均勾，分散后加入总质量0.5?0.8%聚丙烯酰胺，并快速机械搅拌20?30min，搅拌后加入总质量I?2%过二硫酸钾，超声搅拌20?40min，再在50?80°C下机械搅拌反应I?2h，反应结束后，将反应物进行磁分离，分离得到的产物用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将产物研磨成70?80目粉末即可得磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料。
[0007]本发明的应用方法:将本发明制得磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料应用到重金属废水处理中，向5?1L重金属废水中，在室温下，向水中按2?4g/L加入吸附剂，先测得金属离子起始浓度分别为Hg2+为250?380mg/L，Zn2+为208?269mg/L，Pb2+为67?85mg/L，Ag+为28?35mg/L，加入后混合搅拌15?20min，测得金属离子分别为Hg2+为8?15mg/L，Zn2+为 7 ?9mg/L，Pb2+为 2 ?6mg/L，Ag+为O ?2mg/L。
[0008]本发明的有益效果是:
(1)本发明制备的阳离子淀粉具有很好的生物相容性、亲水性和可降解性，其分子链上具有丰富羟基，可以对重金属离子进行络合、离子交换或者静电吸引；
(2)本发明制得吸附材料应用在废水处理中，吸附效果显著，易分离回收重新再利用，而且制备工艺简单，成本低。
【具体实施方式】
[0009]首先取15?20mL质量分数15?45%氢氧化钠溶液，向碱溶液中加入40?60g
小麦淀粉和100?200mL蒸馈水，在30?50°C下磁力搅拌混合30?50min，混合后向淀粉溶液中加入总质量5?8%环氧氯丙烧，继续搅拌反应形成楽状，向其中再滴加质量分数15%盐酸调节PH6.5?7.0，调节后过滤，将滤渣用蒸馏水冲洗3?5次;将冲洗后的滤渣中加入总质量5?15%质量分数33%三甲胺溶液，高速搅拌机搅拌混合30?40min，再将混合物置于温度为30?50°C下进行阳离子化反应4?6h，反应结束后过滤，得到产物用质量分数75%乙醇溶液反复洗涤5?7次，过滤、真空干燥、粉碎成70?80目粉末，得到阳离子淀粉，备用;取4?6gFeCl3.6H2O和8?1gFeCl2.4H20置于500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入180?200mL蒸馏水，搅拌使固体全部溶解，配置成氯化铁和氯化亚铁混合溶液，放入60?70°C水浴中，取45?55mL质量分数35%氢氧化钠溶液用滴液漏斗滴加到烧瓶中，边滴加边搅拌，保持在30?40min滴完，继续搅拌反应I?3h，反应结束后用磁分离，分离得到的产物用蒸馏水冲洗3?5次，得到磁性颗粒，并将磁性颗粒按固液比1:5加入到蒸馏水中，进行超声振荡处理30?40min，得到磁性悬浮液;取3?6g得到的阳离子淀粉加入到500mL三口烧瓶中，向瓶中加入200?220mL蒸馏水，磁力搅拌30?40min后静置8?1h，得到阳离子淀粉水溶液，向其中按体积比5:1?7:1与磁性悬浮液混合，并超声分散均勾，分散后加入总质量0.5?
0.8%聚丙烯酰胺，并快速机械搅拌20?30min，搅拌后加入总质量I?2%过二硫酸钾，超声搅拌20?40min，再在50?80°C下机械搅拌反应I?2h，反应结束后，将反应物进行磁分离，分离得到的产物用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将产物研磨成70?80目粉末即可得磁性聚丙烯酰胺-阳离子淀粉基吸附材料。
[0010]实例I
首先取15mL质量分数15%氢氧化钠溶液，向碱溶液中加入40g小麦淀粉和10mL蒸馏水，在30°C下磁力搅拌混合30min，混合后向淀粉溶液中加入总质量5%环氧氯丙烷，继续搅拌反应形成浆状，向其中再滴加质量分数15%盐酸调节pH6.5，调节后过滤，将滤渣用蒸馏水冲洗3次；将冲洗后的滤渣中加入总质量5%质量分数33%三甲胺溶液，高速搅拌机搅拌混合30min，再将混合物置于温度为30°C下进行阳离子化反应4h，反应结束后过滤，得到产物用质量分数75%乙醇溶液反复洗涤5次，过滤、真空干燥、粉碎成70目粉末，得到阳离子淀粉，备用；取4gFeCl3.6H20和8gFeCl2.4H20置于500mL的三口烧瓶中，向瓶中加入180mL蒸馏水，搅拌使固体全部溶解，配置成氯化铁和氯化亚铁混合溶液，放入60°C水浴中，取45mL质量分数35%氢氧化钠溶液用滴液漏斗滴加到烧瓶中，边滴加边搅拌，保持在30min滴完，继续搅拌反应lh，反应结束后用磁分离，分离得到的产物用蒸馏水冲洗3次，得到磁性颗粒，并将磁性颗粒按固液比1:5加入到蒸馏水中，进行超声振荡处理30min，得到磁性悬浮液;取3g得到的阳离子淀粉加入到500mL三口烧瓶中，向瓶中加入200mL蒸馏水，磁力搅拌30min后静置8h，得到阳离子