一种强碱性玉米纤维制备方法及其在碘废液净化中的应用与流程

本发明属于放射性废水处理材料，更具体地说，本发明涉及一种强碱性玉米纤维制备方法及其在碘废液净化中的应用。

背景技术：

1、随着核能在医学上的迅猛发展，医用同位素需求量爆发式上涨，核医疗放射性废水日益增多，如放射性碘(129i和131i)是一种典型的放射性污染物，其中131i和129i的半衰期分别为8天和1570万年。研究表明，放射性碘会在人体内积聚并导致癌症(甲状腺癌、白血病)。因此，开发能够从水溶液中有效吸附并稳定固定放射性碘的材料至关重要。目前，对放射性碘去除的研究主要集中在固体吸附材料上。按吸附方法可分为物理吸附剂和化学吸附剂。物理吸附剂(例如，活性炭和聚合物化合物等)设计用于通过强亲和力、独特的孔隙率和适当的孔径捕获碘分子。虽然这种类型的吸附剂往往具有良好的可重复使用性，但是吸附容量相对有限，很难到达较好的去除效果。化学吸附能通过化学键牢固吸附碘，由于银对碘的高亲和力，大多数研究都是在银基吸附剂上进行的。然而，银的高成本阻碍了它的大规模应用。因此，研究出廉价且吸附性能较好的吸附剂仍是一个巨大挑战。

2、为了解决此类问题，本发明提出一种利用化学改性改变纤维表面的-基团制备得到强碱性玉米纤维，该纤维除了具有通常离子交换纤维的高比表面积、高交换吸附速率等特点外，还具有容易再生、相容良好等优势，作为新一代环保材料，具有巨大的应用优势。另外，由于我国关于离子交换纤维的研究起步较晚，在实际应用方面还有很多不足，开发新型、高效、离子交换容量高、工业化生产成本低且环境友好的离子交换纤维制备方法是今后的研究重点。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种强碱性玉米纤维，其结构式为：

3、

4、其中x包括但不限于cl、br、f中的一种。

5、一种强碱性玉米纤维的制备方法，包括以下步骤：

6、步骤1、将盐酸三甲胺加入反应容器，有机溶剂作为反应溶剂；滴加入环氧氯丙烷作为连接剂；于低温下反应一段时间，室温升温后在反应一段时间；将产物蒸去乙醇，采用乙醚洗涤；加入正丙烷，加热煮沸溶解；在冰水浴中静置冷却析晶，抽滤，丙酮洗涤后恒温烘干，得到醚化剂；

7、步骤2、将以玉米须为原材料，去离子水做溶剂，加入醚化剂室温下反应，之后升温并加入氢氧化钠反应；冷却到室温，产物采用稀硝酸中和，采用醇和水洗涤，冷冻干燥后得到第一步胺化玉米须纤维；

8、步骤3、将步骤2中得到的第一步胺化玉米须纤维与环氧氯丙烷反应，有机溶剂作为反应溶剂，然后降低温度加入乙二胺做催化剂，快速搅拌一段时间后，加入三乙胺升高温度反应；先用0.1mol/l的盐酸溶液浸泡10～30min后在用乙醇洗涤，在45～60℃烘箱中烘干，得到两步胺化的强碱性玉米纤维。

9、优选的是，其中，所述步骤1中，盐酸三甲胺、有机溶剂、环氧氯丙烷的质量体积比为5～10g:30～50ml:5～10ml:50～100ml。

10、优选的是，其中，所述步骤2中，玉米须、醚化剂、氢氧化钠的质量体积比为1～5g:0.5～2g:5～20ml。

11、优选的是，其中，所述步骤3中，环氧氯丙烷、有机溶剂、乙二胺、三乙胺的体积比为10～15ml:30～50ml:1～2ml:10～20ml。

12、优选的是，其中，所述步骤1的反应条件为：将盐酸三甲胺溶于有机溶剂中，反应温度为5～15℃下滴加环氧氯丙烷，反应时间为1～2h；之后升高温度为30～40℃下反应2～3h。

13、优选的是，其中，所述步骤2中反应的条件为：将醚化剂加入到去离子水中溶解，加入玉米纤维在室温下反应18～24h，之后升高温度至40～50℃后加入10ml 1.5mol/l的氢氧化钠反应42～48h。

14、优选的是，其中，所述步骤3中反应的条件为：第一步胺化反应后的玉米须纤维，加入10～15ml环氧氯丙烷，在有机溶剂中反应温度为70～100℃，反应时间为1～3h；之后降低温度至60～70℃加入乙二胺，快速搅拌1-5min后反应时间为0.5-2h；最后升高温度至70～100℃加入三乙胺，反应时间为3～6h。

15、优选的是，其中，所述步骤1、步骤3中有机溶剂为极性溶剂，包括无水乙醇、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种或多种。

16、一种强碱性玉米纤维的应用，所述强碱性玉米纤维用于吸附碘离子，其吸附方法为：

17、步骤a、将强碱性的强碱性玉米纤维，加入到的碘离子溶液中，放置在25℃恒温振荡箱中吸附4h后，取1ml上清液测定剩余溶液碘离子浓度；其中强碱性玉米纤维与碘离子溶液的质量体积比为4mg:5ml，碘离子溶液的浓度为50ppm；

18、步骤b、将吸附碘溶液后的强碱性玉米纤维，加入到25ml 1mol/l的nacl溶液中，放置在25℃恒温振荡箱中解吸4h，取1ml上清液测定解吸下来的碘离子溶液浓度；

19、步骤c、然后重复步骤a～步骤b多次，完成对碘离子溶液中碘离子的吸附；

20、所述强碱性玉米纤维用于湿法吸附碘离子，其吸附方法为：

21、步骤一、称取强碱性玉米纤维湿法装入一级玻璃层析柱中，玻璃层析柱的内径为2cm，有效高度为5cm，用5％的氯化钠活化纤维柱至氯化钠溶液完全浸湿纤维，获得强碱性玉米纤维交换柱；

22、步骤二、配制500ppm含碘溶液，调节溶液ph为7.0；

23、步骤三、调整智能蠕动泵的流速为10ml/min，配制的含碘溶液通过智能蠕动泵经过所述一级强碱性玉米纤维交换柱，对不同时刻每收集到25ml过柱后的交换液就行碘浓度测量。

24、本发明至少包括以下有益效果：

25、1、本发明所提供的一种强碱性玉米纤维的制备方法简单易操作，可实现批量合成。

26、2、本发明所提供的一种强碱性玉米纤维离子交换容量大，具有很强的离子交换能力，可以对核医疗放射性废水中的碘、锝等离子进行有效吸附，并且吸附速率快，吸附容量大。

27、3、本发明所提供的一种强碱性玉米纤维可以进行多次的循环利用。

28、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种强碱性玉米纤维，其特征在于，其结构式为：

2.一种如权利要求1所述强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，盐酸三甲胺、有机溶剂、环氧氯丙烷的质量体积比为5～10g:30～50ml:5～10ml:50～100ml。

4.如权利要求2所述的强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，玉米须、醚化剂、氢氧化钠的质量体积比为1～5g:0.5～2g:5～20ml。

5.如权利要求2所述的强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，环氧氯丙烷、有机溶剂、乙二胺、三乙胺的体积比为10～15ml:30～50ml:1～2ml:10～20ml。

6.如权利要求2所述的强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1的反应条件为：将盐酸三甲胺溶于有机溶剂中，反应温度为5～15℃下滴加环氧氯丙烷，反应时间为1～2h；之后升高温度为30～40℃下反应2～3h。

7.如权利要求2所述的一种强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中反应的条件为：将醚化剂加入到去离子水中溶解，加入玉米纤维在室温下反应18～24h，之后升高温度至40～50℃后加入10ml 1.5mol/l的氢氧化钠反应42～48h。

8.如权利要求2所述的一种强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应的条件为：第一步胺化反应后的玉米须纤维，加入10～15ml环氧氯丙烷，在有机溶剂中反应温度为70～100℃，反应时间为1～3h；之后降低温度至60～70℃加入乙二胺，快速搅拌1-5min后反应时间为0.5-2h；最后升高温度至70～100℃加入三乙胺，反应时间为3～6h。

9.如权利要求2所述的一种强碱性玉米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1、步骤3中有机溶剂为极性溶剂，包括无水乙醇、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种或多种。

10.一种如权利要求1所述的强碱性玉米纤维的应用，其特征在于，所述强碱性玉米纤维用于吸附碘离子，其吸附方法为：

技术总结
本发明公开了一种强碱性玉米纤维制备方法及其在碘废液净化中的应用，本发明对强碱性玉米纤维进行两步胺化，先盐酸三甲胺与环氧氯丙烷反应制备醚化剂，然后纤维与醚化剂进行第一步胺化反应；第二步则是与环氧氯丙烷活化，弱催化性质的乙二胺作为交联剂以增强玉米纤维的稳定性，最后环氧基团与三乙胺反应，便得到两步胺化的强碱性玉米纤维。本发明的原材料丰富易得、制备的强碱性玉米纤维能对含碘‑131、锝‑99m、氟‑18等核素的核医疗放射性废水进行放射性核素快速高效的捕集，且能多次重复利用，应用前景较好。

技术研发人员：李小安,聂小琴,刘家乐,潘宁,董发勤,马春彦,刘成,陈正国,朱秋红,张国浩,廖志慧,章云龙
受保护的技术使用者：绵阳市中心医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16