一種多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重金屬吸附材料的制備方法，尤其涉及一種利用高內(nèi)相乳液模板法多制備孔泡沫體重金屬吸附材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬以多種物理和化學(xué)形態(tài)存在于水體、土壤及大氣等環(huán)境之中，并在環(huán)境中產(chǎn)生迀移、富集、吸收與轉(zhuǎn)化，從而通過食物鏈危害人體健康，如致癌、致畸等。隨著我國工業(yè)化的發(fā)展，目前水體和土壤重金屬污染已成為治理的難點。
[0003]環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》指出，全國土壤總的超標(biāo)率為16.1%，其中土壤中鎘、鉛點位超標(biāo)率分別達(dá)到7.0%和1.5%。如何安全有效地修復(fù)并利用這些受污染的重金屬土壤已成為當(dāng)前我國亟需解決的環(huán)境和社會問題。應(yīng)用吸附材料去除或原位鈍化土壤中重金屬由于具有投資小、方法簡便易行、成本較低等優(yōu)勢，在重金屬污染治理領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。
[0004]原位鈍化修復(fù)原理是通過向污染土壤中添加有機、無機或雜化功能材料等，以調(diào)節(jié)和改變土壤理化性質(zhì)，使其產(chǎn)生吸附、沉淀、離子交換、氧化-還原等反應(yīng)，改變重金屬離子在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存狀態(tài)，抑制其在土壤中可迀移性和生物有效性，降低農(nóng)作物對重金屬的吸收累積，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。但原位鈍化修復(fù)技術(shù)是治標(biāo)不治本的方法，因而真正經(jīng)濟、有效、能成規(guī)模運用的土壤重金屬去除修復(fù)技術(shù)成為人們追求的目標(biāo)。
[0005]要從污染土壤中去除重金屬，一是要解決吸附材料的可選擇吸附性，二是要解決材料從土壤中的可分離性。近年來在重金屬可選擇吸附性方面已取得重要進(jìn)展，但吸附材料在土壤中吸附重金屬后如何與土壤分離方面的工作很少。目前的吸附材料多為粉末狀產(chǎn)品，與土壤共混吸附后很難從土壤中能有效分離。因此，研制性能優(yōu)良的可回收或易于土壤分離的吸附劑，成為治理土壤重金屬污染關(guān)注的重點。
[0006]近年來，人們逐漸意識到大孔材料在吸附分離過程中具有快速吸附與解吸特點，不僅吸附效率高且可回收利用，同時通過孔壁改性可使材料具有良好的選擇吸附性，因此在重金屬污染土壤治理方面具有使用方便、可回收利用等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種利用高內(nèi)相乳液模板法制備多孔泡沫體重金屬吸附材料的方法。
[0008]一、多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備
本發(fā)明多孔泡沫體重金屬吸附材料的制備，是以水為連續(xù)相，有機溶劑為有機分散相，非離子表面活性劑為乳液穩(wěn)定劑，殼聚糖作為接枝骨架，可聚合的功能單體為接枝單體，在引發(fā)劑、交聯(lián)劑存在下，通過高內(nèi)相乳液模板法制備而得。
[0009]其具體制備工藝為:在攪拌下先將殼聚糖、可聚合的功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑充分分散于水中，再在向水相中加入有機分散相攪拌充分分散，得高濃乳液；然后裝入柱狀管中于30~90°C聚合4~48h后，索氏提取12~48h，經(jīng)工業(yè)乙醇脫水，真空干干燥，得到多孔泡沫體重金屬吸附材料。
[0010]上述反應(yīng)介質(zhì)中，連續(xù)相水與有機分散相按以下體積百分比進(jìn)行配比:水10%~40%，有機分散相 60%~90%。
[0011]上述各原料按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比:表面活性劑10.50%，殼聚糖5~20%，可聚合的功能單體10~40%，交聯(lián)劑1~25%，引發(fā)劑0.2~10%。
[0012]其中，作為有機分散相的有機溶劑為甲苯、苯、對二甲苯、液體石蠟、正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、松節(jié)油、四氯化碳中的一種。
[0013]表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚、脂肪酸聚環(huán)乙烯烷酯、聚環(huán)氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰醇胺、聚氧乙烯與聚氧丙烯嵌段共聚物、甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯和失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一種。
[0014]可聚合的功能單體為丙烯酰胺、斧異丙基丙烯酰胺、馬來酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸、衣康酸、乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺-4-乙烯基嘧啶、乙烯基咪唑、烯丙基咪唑中的至少一種。
[0015]交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基異氰酸酯、A Λ/’ -亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
[0016]引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰中的一種。
[0017]二、多孔泡沫體重金屬吸附材料的結(jié)構(gòu)、形貌表征
下面通過激光掃描共聚焦顯微鏡(CLSM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等表征手段，對本發(fā)明制備的高內(nèi)相乳液及多孔重金屬吸附劑的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行分析。
[0018]1、激光掃描共聚焦顯微鏡(CLSM)分析
圖1為本發(fā)明制備的高內(nèi)相乳液的形貌。在乳液制備過程中，分別在分散相和連續(xù)相中加入熒光顯色劑二萘嵌苯和熒光黃，然后在激光掃描共聚焦顯微鏡下對高內(nèi)相乳液進(jìn)行觀察。圖中，a中呈淺色亮點的為有機分散相，b中連續(xù)部分為水連續(xù)相。從圖中可以看出，有機分散相在高內(nèi)相乳液中均勾分布并且緊密排列，部分有機分散相呈規(guī)則圓形而部分則呈現(xiàn)不規(guī)則多邊形，這是因為分散相體積所占的比例較大時，大量有機溶劑液體擠在一起形成的。而且，水分散相在乳液中被有機連續(xù)相擠成薄層，但仍然連續(xù)分布。這些信息證實，經(jīng)過該種高內(nèi)相乳液制備方法，最終形成水包油型高內(nèi)相乳液(0/W)。
[0019]2、SEM 分析
圖2為本發(fā)明制備的多孔吸附劑的數(shù)碼照片以及SEM圖。從數(shù)碼照片可以看出，本發(fā)明制備的多孔吸附材料的產(chǎn)品形態(tài)為白色多孔泡沫體，截面直徑約0.5cm。從SEM圖可以觀察到多孔吸附劑存在大量孔道結(jié)構(gòu)，其中一級孔孔徑在0.5~5um，二級孔大量存在且分布均勻。一級孔及二級孔的大量分布有利于重金屬離子從外界溶液中向吸附材料內(nèi)部擴散，最終實現(xiàn)對重金屬的快速、高效吸附分離。
[0020]三、多孔泡沫體重金屬吸附材料對重金屬的吸附和重復(fù)使用性能
1、對重金屬鉛和銅的吸附性能
分別選取50mg/L、200mg/L和500 mg/L的Pb2+和Cu 2+模擬重金屬廢水25 mL，向其中加入本發(fā)明吸附劑(起始量為0.8 g/L)，恒溫振蕩不同吸附時間，過濾分離，上清液用可見分光光度法測定Pb2+和Cu 2+的濃度。圖3、圖4分別為本發(fā)明制備的多孔吸附劑對Cu 2+，Pb2+的吸附速率曲線。由圖3、4可見，無論是Pb 2+還是Cu 2+，在50mg/L時其吸附平衡時間為5min ;在500mg/L時其吸附平衡時間為20min，該結(jié)果說明無論是低濃度還是高濃度重金屬離子，都可以實現(xiàn)快速吸附去除，其吸附容量對Pb2+最大可達(dá)605 mg/g，對Cu2+最大可達(dá)332mg/Lo
[0021]2、對重金屬鉛和銅的重復(fù)使用性能
選取500 mg/L的Pb2+和Cu 2+模擬重金屬廢水25mL，向其中加入本發(fā)明吸附劑(起始量0.8g/L)，恒溫振蕩lh，過濾分離。上清液用可見分光光度法測定Pb2+和Cu2+的濃度。吸附劑過濾后，0.lmol/L HCl溶液脫附、0.lmol/L NaOH溶液再生后繼續(xù)用于對Pb2+和Cu2+模擬重金屬廢水吸附。圖5、6分別為本發(fā)明制備的多孔吸附劑吸附Cu2+，Pb2+的重復(fù)使用性能曲線。由圖可見，無論是對于Pb2+還是Cu2+，多孔吸附劑經(jīng)5次吸附-脫附過程后，仍然保持很好的吸附性能，吸附容量降低均小于5%。說明該種多孔重金屬吸附劑具有很好重復(fù)使用性能。
[0022]綜上所述，本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
1、采用高內(nèi)相乳液技術(shù)，可以形成穩(wěn)定的水包油型(0/W)高內(nèi)相乳液，因而聚合后存在大量的一級孔和二級孔，可以實現(xiàn)對重金屬Cu2+和Pb 2+的快速高效吸附；
2、本發(fā)明制備的吸附劑具有非常好的可重復(fù)使用性能，有效降低了重金屬污染土壤治理的成本；