本发明属于材料化工领域，尤其是涉及一种快速吸附重金属离子的改性非织造布及其制备方法。
背景技术
随着中国快速工业化和城市化，电镀、冶金、制革、化工等行业也得到了迅猛的发展，但是伴随着这些行业的发展的过程中，大量含重金属离子的废水通过各种途径排放到环境中，增加了环境的重金属负担，造成了严重的水体重金属污染。这些重金属离子在生物链内不易被代谢、易被生物富集，严重威胁人类和水生生物的生存。目前水中的重金属离子的处理方法主要有：化学沉淀法、电化学法、生物法、膜分离法和吸附法等方法。其中，吸附法因其成本低、可达性好、操作方便、二次产物少而被认为是一种有效、简便的方法。
目前常用做吸附法进行重金属吸附的材料有活性炭、腐殖酸类、矿物类、高分子类吸附剂、生物类吸附剂、工业废物类等，如硅胶、活性氧化铝、分子筛、树脂、纤维、多孔介质、二氧化硅、碳纳米管、磁性纳米粒子、壳聚糖、黏土、沸石、蒙脱石、橘子皮、树皮、豆渣、锯屑、稻秆等。由于研究的吸附剂种类较多，但各种吸附剂之间的吸附容量差距较大，材料的使用成本也差距较大。因此吸附剂的选择是吸附问题的关键。
其中，纤维作物一种可再生、可完全降解的材料，越来越受到人们重视。但是，普通纤维具有比表面积小、对重金属离子吸附量低、达到吸附平衡的时间长等缺点。针对此，提出一种纤维材料合成的非织造布，增加接触面积、提高吸附量，缩短吸附平衡时间，可快速有效吸附水中的重金属离子，并且具有很好的重复适用性，成为一个研究的重点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种快速吸附重金属离子的改性非织造布及其制备方法，实现改性非织造布接触面积大，重金属吸附量高，吸附快速有效，且重复使用性好；制备方法简单有效，成本低廉，操作简单且对环境没有污染、破坏。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种快速吸附重金属离子的改性非织造布，其包括基体和改性剂，在基体表面负载改性剂；
所述基体包括非织造布，所述改性剂包括儿茶酚类单体和聚胺类单体的共聚物；优选的，其改性剂在基体上的负载量为1-10wt％。
优选的，所述儿茶酚类单体包括邻苯二酸、多巴胺、l-多巴、单宁酸中的一种或多种。
优选的，所述聚胺类单体包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、聚乙烯亚胺的一种或多种。
优选的，所述非织造布的原料包括聚丙烯、聚酯、尼龙中的一种或多种。
优选的，一种快速吸附重金属离子的改性非织造布的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对非织造布表面清洗处理，得到清洁的非织造布；
(2)配制缓冲溶液
(3)将儿茶酚类单体和聚胺类单体添加到缓冲溶液中，配制成改性溶液；
(4)利用改性溶液对清洁的非织造布进行浸渍负载，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥，得到快速吸附重金属离子的非织造布。
优选的，步骤(2)中，所述缓冲溶液包括浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐；其缓冲溶液的ph为7.5‐9.5。
优选的，步骤(3)中，改性溶液中含有质量分数为0.1-0.8wt％儿茶酚类单体和质量分数为0.1-0.8wt％聚胺类单体。
优选的，步骤(4)中，改性溶液和清洁的非织造布的添加比例为50ml:1g‐300ml:1g。
优选的，步骤(4)中，浸渍负载的制备条件为在室温下静置浸渍6‐24小时。
优选的，步骤(5)中，所述重金属离子为铜离子、镉离子、铅离子、锌离子、镍离子、钴离子、铬离子中的任意一种或两种以上混合物。
相对于现有技术，本发明所述的一种快速吸附重金属离子的改性非织造布及其制备方法具有以下优势：
(1)非织造布具有大3d网络结构，可以增大与金属离子的接触面积，提高吸附量；
(2)经过儿茶酚类单体和聚胺类单体的聚合物做改性剂对非织造布进行负载改性，改性非织造布表面具有大量的-nh2、-oh、-nh等螯合能力很强的官能团，通过对金属离子的螯合作用进行吸附截留，作用效果好，吸附平衡时间短；
(3)制备方法直接将儿茶酚类单体和聚胺类单体的共聚物做改性剂对非织造布进行负载改性，在室温下通过静止浸渍即可，相较于分步骤进行负载改性的方法，或者进行单一儿茶类单体或者聚胺类单体负载改性的方法，本发明简单有效，成本低廉，操作简单，生产稳定性高，并且对环境没有破坏，在重金属吸附领域有着良好的应用前景；
(4)重金属吸附的种类多，吸附量大，吸附速度快。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种快速吸附重金属离子的改性非织造布的制备方法，具体实施步骤如下：
(1)将2g聚丙烯非织造布(克重60g/m2，厚度295μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.0；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.2wt％的邻苯二酚、0.2wt％的二乙烯三胺溶于缓冲溶液中，配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的聚丙烯非织造布浸泡在改性溶液中，浸泡10h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥。
其中步骤(5)中的对改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述聚丙烯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到具有快速吸附重金属离子的改性非织造布，称为产品1。
实施例2
一种快速吸附重金属离子的改性非织造布的制备方法，具体实施步骤如下：
(1)将2g聚酯非织造布(克重70g/m2，厚度395μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.0；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.2wt％的多巴胺、0.4wt％的二乙烯三胺溶于缓冲溶液中，配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的聚酯非织造布浸泡在改性溶液中，浸泡24h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥。
其中步骤(5)中对改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述聚酯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到具有快速吸附重金属离子的改性非织造布，称为产品2。
实施例3
一种快速吸附重金属离子的改性非织造布的制备方法，具体实施步骤如下：
(1)将2g尼龙非织造布(克重60g/m2，厚度255μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.5；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.4wt％的多巴胺、0.8wt％的聚乙烯亚胺溶于缓冲溶液中，配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的尼龙非织造布浸泡在改性溶液中，浸泡24h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥。
其中步骤(5)中对改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述尼龙非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到具有快速吸附重金属离子的改性非织造布，称为产品3。
实施例4
一种快速吸附重金属离子的改性非织造布的制备方法，具体实施步骤如下：
(1)将2g聚丙烯非织造布(克重70g/m2，厚度310μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.0；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.2wt％的邻苯二酚、0.8wt％的二乙烯三胺溶于缓冲溶液中，配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的聚丙烯非织造布浸泡在改性溶液中，浸泡10h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥。
取出步骤(4)中的改性非织造布，用去离子水洗涤，除去所述聚丙烯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到具有快速吸附重金属离子的改性非织造布，称为产品4。
对照例1
(1)将两块2g聚丙烯非织造布(克重60g/m2，厚度295μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.0；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.2wt％的邻苯二酚、0.2wt％的多巴胺溶于缓冲溶液中，分别配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的聚丙烯非织造布分别浸泡在溶有邻苯二酚和多巴胺的改性溶液中，浸泡10h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥。
其中步骤(5)中的改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述聚丙烯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到改性非织造布，将浸泡于邻苯二酚溶液中的改性非织造布称为产品5，将浸泡于多巴胺溶液中的改性非织造布称为产品6；
对照例2
(1)将两块2g聚丙烯非织造布(克重60g/m2，厚度295μm)用乙醇超声振荡处理，除去表面的有机杂质，之后进行烘干处理；
(2)配制缓冲溶液
配制浓度为0.01mol/l的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，其ph为8.0；
(3)以改性溶液的总重为基准，将0.2wt％的邻苯二酚、0.2wt％的多巴胺溶于缓冲溶液中，分别配制成体积为300ml的改性溶液；
(4)将步骤(1)的聚丙烯非织造布分别浸泡在溶有邻苯二酚和多巴胺的改性溶液中，浸泡10h，得到改性非织造布；
(5)对改性非织造布进行清洗干燥；
其中步骤(5)中对改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述聚丙烯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到改性非织造布，
(6)以改性溶液的总重为基准，配制两份0.2wt％的聚乙烯亚胺溶液300ml，溶剂为上述缓冲溶液，并将步骤(5)中的改性非织造布分别浸泡在该溶液中，浸泡时间为10h，得到改性非织造布；
(7)对改性非织造布进行清洗干燥。
其中步骤(7)中对改性非织造布进行清洗干燥，用去离子水洗涤，除去所述聚丙烯非织造布上未反应的单体和均聚物以及杂质；干燥后得到改性非织造布，将浸泡过邻苯二酚溶液的改性非织造布称为产品7，将浸泡过多巴胺溶液的改性非织造布称为产品8；
吸附重金属实验步骤
一、对重金属饱和吸附量的测定
分别称取上述产品1‐8(质量为0.1g)，分别加入到200ml一系列不同浓度的铅离子和铜离子的混合溶液中，在ph＝4.5且25℃下恒温振荡吸附，吸附时间为2h,吸附结束后取出吸附材料，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(icp)对剩余的铅离子和铜离子浓度进行测量，根据吸附等温线计算得到该产品对铅离子和铜离子混合溶液的饱和吸附量。
二、对重金属吸附速率的测定
分别称取上述产品1-8(质量为0.1g)，分别加入到200ml浓度为100mg/l的铅离子和铜离子的混合溶液中，在ph＝4.5且25℃下恒温振荡吸附，在吸附过程中，对不同吸附时间的混合溶液进行取样，吸附时间为2h,吸附结束后采用电感耦合等离子体发射光谱仪(icp)对一系列不同吸附时间的样品中的铅离子和铜离子的含量进行测量，根据吸附动力学曲线计算该产品对铅离子和铜离子混合溶液的吸附速率。
三、对产品重复使用次数的测定
分别称取上述产品1-8(质量为0.1g)，分别加入到200ml浓度为100mg/l的铅离子和铜离子的混合溶液中，在ph＝4.5且25℃下恒温振荡吸附2h,吸附结束后取出吸附材料，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(icp)对剩余溶液中的铅离子和铜离子浓度进行测量，吸附结束后取出的吸附材料用0.1mol/l的稀盐酸洗去富集的重金属后用蒸馏水洗涤三次，烘干，然后再次重复上述操作，直至该产品的吸附量低于初始饱和吸附量95％时，记录该产品的重复使用次数。
表格1上述产品吸附重金属性能数据汇总
儿茶酚类单体和聚胺类单体的共聚物作为改性剂在基体上负载量处于1-10％之间，能够对重金属离子具有高的吸附量、快的吸附速率，并且达到多次重复使用效果；
儿茶酚类单体和聚胺类单体的共聚物作为改性剂在基体上负载，相较于儿茶酚类单体和聚胺类单体分步骤在基体上负载或者单一负载两种方式，相同的负载时间，其儿茶酚类单体和聚胺类单体的共聚物负载量高，吸附量、吸附速率和重复使用次数明显高于分步骤负载或者单一负载两种方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。