一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及改性材料技术领域，更具体的，涉及一种玉米芯改性材料及其制备方 法和应用。
【背景技术】
[0002] 玉米芯主要由纤维素和木质素构成，据测定玉米芯含有水分77%，可溶性无氮物 52. 9%，粗纤维33. 1%，粗蛋白2%~6%，粗脂肪0. 5%以及灰分3. 2%。玉米芯的化学结构中 含有羧基、氨基、苯环等活泼性化学基团，能与重金属离子发生离子交换吸附或化学吸附作 用。另外，玉米芯具有多孔结构，通过物理吸附原理来达到进行吸附的效果，通过物理吸附 的物质，便于吸附剂的再生及回收。
[0003] 然而，仅仅依靠玉米芯本身具有的吸附能力来吸附重金属离子废液是不够的，通 过改性可以实现玉米芯的高效吸附。玉米芯的主要改性方法之一是化学方法，该类方法是 利用化学药剂来改变玉米芯结构的目的，同时利用化学药剂增加玉米芯表面活性官能团的 数量，提高吸附重金属离子的能力。接枝共聚反应是化学改性中的一个重要的方法，宋艳等 人采用NaHS0 3/H202氧化还原引发体系，以甲基丙烯酸、丙烯酰胺为混合单体，合成玉米芯接 枝共聚物，经实验证明对重金属的吸附能力有所提高，但还存在着对重金属离子的选择性 不强，吸附效果较差等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决现有玉米芯改性材料的技术问题，提供一种玉米芯改性材 料，所述玉米性改性材料对重金属离子的吸附效果好，且有效地的提高了吸附选择性。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种玉米芯改性材料的制备方法。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种玉米芯改性材料的应用。
[0007] 本发明的上述目的通过以下技术方法来解决： 一种玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 51. 玉米芯经过干燥、粉碎，得到粒径为90~160目的玉米芯粉； 52. 将Sl中所述玉米芯粉在室温下用氢氧化钠溶液浸泡后，洗涤至中性后得到滤渣； 将滤渣在室温下用硝酸溶液浸泡后，洗涤至中性后干燥得到预处理玉米芯粉； 53. 将预处理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引发剂，再加入单体，反应温度为25°C~ 40°C，反应1~2. 5小时，分离得到粗产物； 所述引发剂为NaHSO3和（NH4)2S2O 8, NaHSO3与（NH4)2S2O8的质量比为1 :2~3 ;所述单 体为丙烯酰胺和α -甲基丙烯酸，α -甲基丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3 :1 ;所述单体与 预处理玉米芯粉的质量比为3:1，所述引发剂的质量为单体质量的2%~4% ; 54. 将S3中所述粗产物用水和乙醇反复沉析，干燥后得到所述玉米芯改性材料。
[0008] 本发明所述玉米芯粉为多孔结构，且表面含有羧基、氨基、苯环等活泼性化学基 团，因此，玉米芯粉对重金属离子的吸附机理包含了物理吸附、化学吸附等，且物理吸附与 化学吸附存在着协同作用。由于不同重金属离子的离子半径、电荷量等性质不同，因此玉米 芯粉的对各种重金属离子的吸附效果各不相同。
[0009] -方面，不同粒径玉米芯粉的多孔结构和比表面积有较大差异，S2中氢氧化钠溶 液、硝酸溶液的浸泡的改性效果也有较大影响，因此对重金属离子的物理吸附效果以及后 续改性的效果等存在较大影响；另一方面，对上述步骤改性后的玉米芯粉的化学改性，S3 中的反应时间、反应温度、引发剂的用量和单体的用量对所得改性材料的性能有重要影响。 因此，本发明通过上述改性步骤处理，发挥了玉米芯粉物理吸附和化学吸附的协同作用，获 得吸附效果好，选择性强的改性材料。
[0010] 本发明Sl中玉米芯的干燥温度为60~80°C，发明人意外发现该干燥温度条件下 可大幅增大所得玉米芯粉的比表面积以及将玉米芯更多的表面基团暴露出来，便以接枝以 及提供重金属离子吸附活性点。
[0011] 玉米芯的粒径的大小一方面可提供较多的活性点，另一方面粒径过细会导致后续 水与吸附剂分离困难。优选地，Sl中所述玉米芯粉的粒径为90~120目。进一步优选的， Sl中所述玉米芯粉的粒径为100目。
[0012] 氢氧化钠溶液和硝酸溶液的浓度过高将导致玉米芯水解严重或氧化过重，而影响 后续的接枝效率，然而浓度较低时却也无法使玉米芯粉获得适宜数量的表面基团，优选地， S2中氢氧化钠溶液、硝酸溶液的浓度为0. 5mol/L~lmol/L，浸泡时间为8~24小时，在此 浓度和浸泡时间内对玉米芯粉的活化效果最好。
[0013] 为了让玉米芯粉充分溶胀，以获得更好的改性效果，优选地，S3中预处理玉米芯粉 浸泡至全部沉降。
[0014] 优选地，S3中反应温度为30°C，反应时间为2小时，似批03与（NH 4)2S2O8的质量比 为I :2. 2,所述引发剂的质量为单体质量的2%。
[0015] 温度过高会导致玉米芯粉表面有碳化可能，且在此温度下干燥获得的改性材料表 面基团的活性不受破坏，更容易与废水中的重金属离子结合。优选地，S4中干燥的温度为 60 ~80°C〇
[0016] 一种上述玉米芯改性材料的制备方法得到的玉米芯改性材料。玉米芯是一种具有 良好重金属离子吸附性能的天然产物，所述玉米芯改性材料以为基材，通过物理处理和化 学改性获得了吸附效果好，重金属离子选择性强的改性材料，具体地，其对Cu 2+吸附量达到 8 mg/g以上，比常规改性玉米芯的吸附量高出60%以上，同时对Cd2+、Pb2+的选择性吸附效 果更好。
[0017] 一种上述玉米芯改性材料在吸附废水中重金属离子中的应用。所述重金属离子为 Cu2+、Cd2+、Pb2+等。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 本发明提供了一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用，通过对特殊工艺条件下的物 理改性和化学改性，充分发挥了玉米芯物理吸附和化学吸附的协同作用，吸附效果好，对重 金属离子选择性强，所述玉米芯改性材料对Cu 2+吸附量达到8 mg/g以上，比常规改性玉米 芯的吸附量高出60%以上，同时对Cd2+、Pb2+的选择性吸附效果更好。
【具体实施方式】
[0019] 本发明可以结合以下具体实施例进一步解释和阐明，但具体实施例并不对本发明 有任何形式的限定。
[0020] 以下实施例中，所用的药品和设备如下所示：
【主权项】
1. 一种玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
51. 玉米芯经过干燥、粉碎，得到粒径为90~160目的玉米芯粉；
52. 将Sl中所述玉米芯粉在室温下用氢氧化钠溶液浸泡后，洗涤至中性后得到滤渣； 将滤渣在室温下用硝酸溶液浸泡后，洗涤至中性后干燥得到预处理玉米芯粉；
53. 将预处理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引发剂，再加入单体，反应温度为25°C~ 40°C，反应1~2. 5小时，分离得到粗产物； 所述引发剂为NaHSO3和（NH4)2S 2O8, NaHSO3与（NH4)2S2O8的质量比为1 :2~3 ;所述单 体为丙烯酰胺和a -甲基丙烯酸，a -甲基丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3 :1 ;所述单体与 预处理玉米芯粉的质量比为3:1，所述引发剂的质量为单体质量的2%~4% ;
54. 将S3中所述粗产物用水和乙醇反复沉析，干燥后得到所述玉米芯改性材料。
2. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，Sl中干燥的温度为 60 ~80°C〇
3. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，SI中所述玉米芯粉 的粒径为100~120目。
4. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，S2中氢氧化钠溶 液、硝酸溶液的浓度为〇? 5mol/L~lmol/L，浸泡时间为8~24小时。
5. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，S3中预处理玉米芯 粉浸泡至全部沉降。
6. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，S3中反应温度为 30°C，反应时间为2小时，NaHSOg (NH4)2S2O8的质量比为I :2. 2,所述引发剂的质量为单 体质量的2%。
7. 根据权利要求1所述玉米芯改性材料的制备方法，其特征在于，S4中干燥的温度为 60 ~80°C〇
8. -种如权利要求1~7任意一项所述玉米芯改性材料的制备方法得到的玉米芯改 性材料。
9. 一种如权利要求8所述玉米芯改性材料在吸附废水中重金属离子中的应用。
【专利摘要】本发明涉及改性材料技术领域，公开了一种玉米芯改性材料及其制备方法和应用。所述改性材料的制备方法包括以下步骤：S1.经干燥粉碎后得到90～160目的玉米芯粉；S2.玉米芯粉经氢氧化钠溶液和硝酸溶液的浸泡后得到预处理玉米芯粉；S3.将预处理玉米芯粉放入水中浸泡，先加入引发剂，再加入单体，反应温度为25℃～40℃，反应1～2.5小时，分离得到粗产物；S4. 对粗产物进行纯化处理后得到玉米芯改性材料。所述玉米芯改性材料充分发挥了玉米芯物理吸附和化学吸附的协同作用，吸附效果好，对重金属离子选择性强。
【IPC分类】B01J20-24, B01J20-30, C02F101-20, C02F1-28
【公开号】CN104874361
【申请号】CN201510129588
【发明人】龚圣, 周新华
【申请人】仲恺农业工程学院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月24日