申请日2005.02.04
公开(公告)日2005.10.19
IPC分类号B01J39/22
摘要
本发明公开了一种纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料及其制备方法和在废水处理中的应用，该材料的分子结构式如下，该材料的制备方法是将纤维在一定温度、时间下经碱化、环氧化、与聚谷氨酸接枝反应，得到含大量羧基、酰氨基的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料。该材料具有用量少、吸附容量大、易于回收再利用的特点，适合处理含有金属离子的废水，本发明制备方法简单、成本低廉、易于推广。
权利要求书
1、一种纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料，其分子结构式为：
其中：
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11为一处或几处是R1-R2时，其它为H;
并且：
B1、B2、B3、B4中有一处或几处与R1相连时，其它为COOH;
n为正整数。
2、如权利要求1所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征在 于该方法为三步合成法：
(1)碱纤维的合成：
将纤维与碱溶液加入到反应器中进行碱化反应，控制单位为g的纤维与单位为ml 的碱溶液的重量与体积之比为1∶10～100，反应温度为0℃～60℃，反应20分钟-5小时， 用水洗至中性，烘干，得到碱纤维;
(2)环氧化纤维的合成：
将上述碱纤维、碱溶液、环氧氯丙烷加入到反应器中进行环氧化反应，控制单位为 g的碱纤维与单位为ml的碱溶液的重量与体积之比为1∶10～100，且单位为g的碱纤维 与单位为ml的环氧氯丙烷的重量与体积之比为1∶1～10，反应温度为0℃～60℃，反应1 小时-15小时，取出，分别用水、丙酮洗至中性，烘干，得环氧化纤维;
(3)纤维基接枝聚谷氨酸的合成：
分别将上述环氧化纤维、碳酸钠或碳酸钾、聚谷氨酸、适量水加入到反应器中进行 接枝反应，控制环氧化纤维与碳酸钠或碳酸钾的重量比为1∶0.5～3，且环氧化纤维与 聚谷氨酸的重量比为1∶1～10，反应温度为20℃～80℃，反应1小时-40小时，取出后水 洗至中性，烘干，得纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料。
3、根据权利要求2所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征 在于纤维为天然纤维。
4、根据权利要求3所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征 在于天然纤维是棉纤维、木纤维、草纤维、甘蔗纤维中的一种或几种。
5、根据权利要求2所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征 在于碱溶液为5%～50%氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
6、根据权利要求2所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征 在于碱纤维合成步骤中在加入碱溶液前可先将纤维浸泡于浓度为20-70%的有机溶剂中。
7、根据权利要求6所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其特征 在于有机溶剂选用乙醇、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜或其混合。
8、如权利要求1所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用。
9、根据权利要求8所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用， 其特征在于废水为含有金属离子的废水。
10、根据权利要求9所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用， 其特征在于金属离子为Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+中的一种或几种。
说明书
纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料及其制备方法和在废水处理中的应用
技术领域
本发明属于吸附材料分离工艺技术领域，涉及一种纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材 料，本发明还涉及该材料的制备方法和在废水处理中的应用。
背景技术
纤维基离子交换材料是新发展起来的一种吸附材料。基于纤维本身的线性或分支结 构特点，它具有较大的比表面积，易于加工成型，溶胀性能好，吸附速率快，吸附容量 大等优点，正得到广泛的应用。
天然纤维包括棉纤维、草纤维、甘蔗纤维、木纤维，DE P4402210.7公布了一种胺 化棉纤维的制备方法，任天瑞等申请公开的秸杆原纤维接枝丙烯酸类衍生物的农用保水 材料和制作方法(公开号CN1502638A)将丙烯酸在引发剂作用下接枝到纤维上，制得 保水材料，王东山等申请公开的一种纤维素衍生物接枝共聚物及其合成方法(公开号 CN1405210A)将纤维素衍生物与聚己内酯单丙烯酸酯的接枝共聚物。但这些进行改性用 的改性剂都是单体化合物，本发明使用的改性剂是经过生物发酵法得到的可生物降解的 聚谷氨酸。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能、性能好的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料。
本发明另一个目的是提供上述材料的制备方法。
本发明还有一个目的是提供上述材料在废水处理中的应用。
本发明的技术方案是利用天然纤维材料来源方便，价格低廉，结构中具有现成的含 羟基的高分子骨架，易于化学改性，通过合成碱纤维使纤维结构中的羟基转变为羟基钠、 再通过环氧化纤维步骤使环氧氯丙烷与碱纤维的羟基钠进行缩合、最后接枝聚谷氨酸的 方法得到纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料。采用该方法引入羧基和酰氨基，使之能吸 附多种金属离子，既可用于水的净化处理，也可用于重金属、贵金属、稀土金属进行吸 附、富集和回收。
本发明的目的是通过下列措施来实现的：
一种纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料，其分子结构式为：
其中：
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11为一处或几处是R1-R2时，其它为H;
R1=-CH2CHOHCH2-
并且：
B1、B2、B3、B4中有一处或几处与R1相连时，其它为COOH;
n为正整数。(n表示聚合度)
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，该方法为三步合成法：
(1)碱纤维的合成：
将纤维与碱溶液加入到反应器中进行碱化反应，控制单位为g的纤维与单位为ml 的碱溶液的重量与体积之比为1∶10～100，反应温度为0℃～60℃，反应20分钟-5小时， 用水洗至中性，烘干，得到碱纤维;
(2)环氧化纤维的合成：
将上述碱纤维、碱溶液、环氧氯丙烷加入到反应器中进行环氧化反应，控制单位为 g的碱纤维与单位为ml的碱溶液的重量与体积之比为1∶10～100，且单位为g的碱纤维 与单位为ml的环氧氯丙烷的重量与体积之比为1∶1～10，反应温度为0℃～60℃，反应1 小时-15小时，取出，分别用水、丙酮洗至中性，烘干，得环氧化纤维;
(3)纤维基接枝聚谷氨酸的合成：
分别将上述环氧化纤维、碳酸钠或碳酸钾、聚谷氨酸、适量水加入到反应器中进行 接枝反应，控制环氧化纤维与碳酸钠或碳酸钾的重量比为1∶0.5～3，且环氧化纤维与 聚谷氨酸的重量比为1∶1～10，反应温度为20℃～80℃，反应1小时-40小时，取出后水 洗至中性，烘干，得纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其中纤维为天然纤维。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其中天然纤维是棉纤维、木 纤维、草纤维、甘蔗纤维中的一种或几种。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其中碱溶液为5%～50%氢氧 化钠或氢氧化钾溶液。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其中碱纤维合成步骤中在加 入碱溶液前可先将纤维浸泡于浓度为20-70%的有机溶剂中。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料的制备方法，其中有机溶剂选用乙醇、甲 苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜或其混合。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用，其中废水为含有金属 离子的废水。
所述的纤维基接枝聚谷氨酸离子交换材料在废水处理中应用，其中金属离子为Cu2+、 Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+中的一种或几种。
本发明的有益效果：
1、本发明的产品对多种金属离子具有用量少、吸附容量大、易于回收再利用的特 点(详见实施例的实验数据)，适合处理含有金属离子的废水。
2、本发明采用的天然纤维廉价易得，具有良好的加工性能。
3、本发明的制备工艺以简单的合成步骤，接枝了含有大量羧基、酰氨基官能团的 纤维，扩展了纤维材料在吸附领域的应用。本发明制备方法简单、成本低廉、易于推广。
