专利名称：一种改性成强阳离子型吸附剂的秸秆及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及秸杆的利用和强阳离子型吸附剂。
背景技术：
秸杆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分，是一类农作物的废弃物。由于秸杆富含氮、磷、钾等元素，以及纤维素和木质素等有机物质，是一种具有多用途的可再生的生物资源。目前主要应用于肥料还田、动物饲料、燃料以及建材等领域。然而，随着我国农业生产的发展，粮食产量大幅提高，秸杆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，使得农村中有大量富余秸杆，最后大多是通过焚烧处理，这不仅造成资源的极大浪费，其燃烧过程中产生的废气还同时给大气环境造成污染。因此如何加快秸杆材料的综合利用，实现秸杆的资源化、产业化，促进资源节约、环境保护和农民增收，是当今我国农业领域中的重要课题之一。此外，近年来随着工业的迅猛发展，水体污染问题也日益突出，同时，人们物质生活水平的不断提高对水质也提出了更高的要求。水源的安全保障工作早已引起党中央、国务院的高度重视，2008年6月25日，国家发布了 11项包括制浆造纸、电镀、发酵等在内的新的更为严格的行业排放标准。这对于保护环境、保障人民的饮水健康以及提升人民生活质量具有重要现实意义。就当前的水体污染特点看，水体中重金属离子、可溶性有机物质及难生物降解化合物等逐年增多，而目前常规水处理手段对这一系列污染物很难做到一次性处理达标，同时现行的许多水处理药剂还可能产生对环境有害的二次污染物质，这无疑对环境保护以及可持续发展等带来不利影响。就目前的国情看，完全推翻现有的水处理工艺设施，引进国外先进水处理生产线，并不现实。因此在原有工艺设施基础上，寻求兼有高效、 环保、经济且无二次污染的水处理工艺对污水进行进一步深度处理，以符合国家排放标准， 保障水源安全，无疑具有重要的意义。天然高分子是自然界中动、植物以及微生物资源中的大分子，它们在被废弃后很容易分解成水、二氧化碳等，且来源广、无毒害，是环境友好材料。此外，更为值得一提的是， 天然高分子材料是完全脱离石油资源的一类可再生资源，可以说是取之不尽用之不竭。正是由于天然高分子材料具有上述的优异性能，其目前在生物、医药及食品加工等诸多领域中已有着广泛的应用。在水处理领域中，由于天然高分子分子链上分布着大量的游离羟基、 胺基等活性基团，具有良好的水体净化功能，已被视为21世纪的绿色水处理剂。但是天然高分子在实际应用中也存在着许多不足之处，如化学性质不活泼、溶解性差、分子量相对较低以及絮凝效果对PH敏感等等。针对这些缺点，人们采用化学改性的方法进行性能改
盡
口 ο秸杆材料中富含纤维素和木质素等天然高分子，其来源十分广泛，且是一种可再生资源。将秸杆材料应用于水处理中，制备高效环保的水处理剂极具经济和社会价值。此外，近年来，吸附技术应用于水处理已比较成熟，将秸杆材料经过化学改性，制备离子型并
3将该材料直接应用于污水处理中，无疑是一条可行之路。基于以上思路，
发明内容
本发明的目的是提供一种改性成强阳离子型吸附剂的秸杆及其制备方法本发明的技术解决方案如下
一种改性成强阳离子型吸附剂的秸杆，它是在碱性溶液中将秸杆和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，在秸杆的纤维素或木质素分子链上接枝有2-羟丙基三甲基氯化铵的秸杆。上述的改性成强阳离子型吸附剂的秸杆的制法，其特征是包括下列步骤
步骤I.将秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中异丙醇与质量百分浓度浓度为10-60%的氢氧化钠溶液的质量比为15:85-85:15，配制成含秸杆的质量为1-30%的悬浮液，搅拌反应l_12h，
步骤2.将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)溶于异丙醇中，配制成质量百分浓度为1-40%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液，将此溶液缓慢滴加至步骤I得到的碱化秸杆溶液中，其中CTA与秸杆的质量比为0. 01-5:1，在室温-75°C下，反应1-24 h，最后使用稀酸溶液中和，将上述体系PH调节至弱酸性，滤出改性成强阳离子型吸附剂的秸杆。上述改性成强阳离子型吸附剂秸杆的制法，步骤2所述的稀酸溶液是稀盐酸溶液，质量百分浓度为1_5%。改性成强阳离子型吸附剂秸杆具有以下特点
I.稻杆材料为农作物的废弃物，来源广泛价格十分低廉；
1.秸杆为天然高分子材料，具有生物可降解性，且本身无毒性，不会对水体产生二次污
染；
2.该材料除了具有阳离子型吸附剂的特点外，由于天然高分子分子链上本身带有大量的羟基等活性基团，因此其兼具有良好的金属离子吸附、除臭、脱色及有效降低COD值等诸多功能；
3.产品可回收再利用；
4.通过对秸杆材料改性制备强阳离子型吸附剂，既有利于对水体中杂质的去除，又一定程度上解决了秸杆材料由于燃烧处理，对大气造成的污染等问题；
5.该水处理剂的使用不需要对现有的水处理工艺设施进行改造，可利用原有设备进
7.可通过一步法连续加料的方法制得。
图I为秸杆(A)及改性成强阳离子吸附剂秸杆(B)红外光谱图。图2为秸杆(A)和改性成强阳离子吸附剂秸杆(B)水处理效果图。
具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本发明。实施例I :将粉碎后的秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中氢氧化钠水溶液质量百分浓度为40%，异丙醇与氢氧化钠溶液的质量比为65:35，秸杆的质量百分含量为5%，搅拌碱化反应4h后，将质量百分浓度为20%的CTA异丙醇溶液，缓慢滴加至碱化秸杆溶液中，CTA 与秸杆的质量比为3:1，在35°C下,反应12 ho最后使用质量百分浓度为1%的盐酸水溶液将上述体系pH调节至6. 5。滤出改性成强阳离子吸附剂秸杆。秸杆及改性成强阳离子吸附剂秸杆的红外光谱见图1，从图I (B)看到波数3344和2092111^1分别为O-H和C-H特征吸收峰14781^1为三甲基季铵盐的特征吸收峰，对应于C-N伸缩振动10241^1为木质素苯环取代基，从而证明CTA已接枝到秸杆材料中纤维素或木质素分子链上。将该改性成强阳离子吸附剂秸杆作为水处理剂，以含染料物质一甲基橙为模拟污水，通过原子吸收光谱，测定其在上述水体中去除甲基橙的情况。如图2，图2是以上述改性成强阳离子吸附剂秸杆为水处理剂检测其在水体中去除甲基橙杂质的情况，与未改性的稻杆相比，去除率从40%左右提升到90%以上。实施例2:
将粉碎后的秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中氢氧化钠水溶液质量百分浓度为10%，异丙醇与氢氧化钠溶液的质量比为15:85，秸杆的质量百分含量为1%，搅拌碱化反应Ih后，将质量百分浓度为1%的CTA异丙醇溶液，缓慢滴加至碱化秸杆溶液中，CTA与秸杆的质量比为3:1，在35°(下,反应12 ho最后使用质量百分浓度为1%的盐酸水溶液将上述体系pH调节至6. 5。滤出改性成强阳离子吸附剂秸杆。秸杆及改性成强阳离子吸附剂秸杆的红外光谱同实施例I。实施例3:
将粉碎后的秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中氢氧化钠水溶液质量百分浓度为25%，异丙醇与氢氧化钠溶液的质量比为20:80，秸杆的质量百分含量为10%，搅拌碱化反应Ih后，将质量百分浓度为10%的CTA异丙醇溶液，缓慢滴加至碱化秸杆溶液中，CTA 与秸杆的质量比为5:1，在35°C下,反应8 ho最后使用质量百分浓度为5%的盐酸水溶液将上述体系pH调节至5. O。滤出改性成强阳离子吸附剂秸杆。秸杆及改性成强阳离子吸附剂秸杆的红外光谱同实施例I。实施例4:
将粉碎后的秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中氢氧化钠水溶液质量百分浓度为60%，异丙醇与氢氧化钠溶液的质量比为85:15，秸杆的质量百分含量为30%，搅拌碱化反应Ih后，将质量百分浓度为40%的CTA异丙醇溶液，缓慢滴加至碱化秸杆溶液中，CTA 与秸杆的质量比为0.5:1，在75°C下,反应24 ho最后使用质量百分浓度为1%的盐酸水溶液将上述体系PH调节至5. 5。滤出改性成强阳离子吸附剂秸杆。秸杆及改性成强阳离子吸附剂秸杆的红外光谱同实施例I。实施例5:
将粉碎后的秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中氢氧化钠水溶液质量百分浓度为50%，异丙醇与氢氧化钠溶液的质量比为60:40，秸杆的质量百分含量为20%，搅拌碱化反应IOh后，将质量百分浓度为30%的CTA异丙醇溶液，缓慢滴加至碱化秸杆溶液中，CTA 与秸杆的质量比为1:1，在55°C下,反应18 ho最后使用质量百分浓度为3%的盐酸水溶液将上述体系pH调节至6. 5。滤出改性成强阳离子吸附剂秸杆。秸杆及改性成强阳离子吸附
5剂秸秆的红外光谱同实施例1.
权利要求
1.一种改性成强阳离子型吸附剂的秸杆，其特征是它是在碱性溶液中将秸杆和 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，在秸杆的纤维素或木质素分子链上接枝有2-羟丙基三甲基氯化铵的秸杆。
2.权利要求I所述的改性成强阳离子型吸附剂的秸杆的制法，其特征是包括下列步骤步骤I.将秸杆分散在异丙醇及氢氧化钠混合溶液中，其中异丙醇与质量百分浓度浓度为10-60%的氢氧化钠溶液的质量比为15:85-85:15，配制成含秸杆的质量为1-30%的悬浮液，搅拌反应l_12h，步骤2.将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)溶于异丙醇中，配制成质量百分浓度为1-40%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液，将此溶液缓慢滴加至步骤I得到的碱化秸杆溶液中，其中CTA与秸杆的质量比为0. 01-5:1，在室温-75°C下，反应1-24 h，最后使用稀酸溶液中和，将上述体系PH调节至弱酸性，滤出改性成强阳离子型吸附剂的秸杆。
3.根据权利要求2所述改性成强阳离子型吸附剂秸杆的制法，其特征是步骤2所述的稀酸溶液是稀盐酸溶液，质量百分浓度为1_5%。
全文摘要
一种改性成强阳离子型吸附剂的秸秆，它是在碱性溶液中将秸秆和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，在秸秆的纤维素或木质素分子链上接枝有2-羟丙基三甲基氯化铵的秸秆。本发明的改性成强阳离子型吸附剂秸秆所用主要原料为来源丰富的农作物废弃物秸秆，成本低廉，适合大工业化生产，且秸秆是一种天然高分子材料，兼具有环保特点，是一种经济的获得高品质的水处理剂。本发明公开了其制法。
文档编号B01J20/30GK102600806SQ20121008926
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者张文轩, 李爱民, 杨朕, 杨琥 申请人:南京大学