一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备

摘要

本发明公开了一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，其特征在于，首先，将原麻进行预处理；第二步，将预处理的麻进行氧化处理；第三步将磁性微粒修饰在氧化麻上，使麻具有磁性；最后，在反应器中，按如下组成质量百分浓度加入，去离子水：72~80%，三聚氰胺：6~12%，加热溶解，磁性麻：12~20%，各组分之和为百分之百，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应4~6h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。该吸附剂对铀具有很高的吸附容量，既成本低又绿色环保，机械强度高，可反复使用10次以上，吸附剂容易分离。

权利要求

1.一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：

(1)麻预处理：将原麻按固液比为1g∶20～25mL浸泡在1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温浸泡8～10h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处理麻；

(2)氧化麻制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，浓硫酸：25～30％，去离子水：50～60％，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：3～7％，混匀，再加入预处理麻：10～18％，各组分质量百分比之和为百分之百，室温浸泡4h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

(3)磁性麻制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，乙醇：52～60％，纳米Fe3O4磁性微粒：4～8％，三聚磷酸钠：1.0～4.0％，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：20～

26％，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：8～15％，各组分质量百分比之和为百分之百，温度升至60±2℃恒温、搅拌、回流反应3～5h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；

(4)三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：72～80％，三聚氰胺：6～12％，加热溶解，磁性麻：12～20％，各组分质量百分比之和为百分之百，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应4～6h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

2.根据权利要求1中所述的一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的原麻为亚麻，用水洗净，干燥，粉碎，过筛，粒径在120～140目之间。

3.根据权利要求1中所述的一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的纳米Fe3O4磁性微粒的粒径要小于120nm。

4.根据权利要求1中所述的一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法所制备的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

说明书

一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物磁性吸附剂的制备方法，特别涉及一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法及对铀（Ⅵ）吸附的应用技术，属于再生资源化利用及环境与化学技术领域。

背景技术

[0002] 核能是当今世界解决能源短缺的重要途径，然而随着核工业的快速发展，产生的含铀放射性废水越来越多。另外，在铀矿的开采、冶炼和提纯的过程中，往往伴随着大量含铀废水的产生，这些废水中的铀元素同时具有化学毒性和放射性，如果不加处理即排入周边环境中将会对生态环境和人体健康造成严重危害，因此对含铀废水的处理一直备受关注。

[0003] 传统的处理含铀废水的方法主要有蒸发浓缩法、离子交换法、混凝沉淀法、氧化还原法等，但这些传统方法存在工艺流程冗长复杂且成本较高等缺点。 而运用生物吸附材料处理放射性废水的生物吸附法，因其具有材料来源广泛，吸附速度快，选择性好，pH 值和温度范围宽，且没有二次污染物等优点，在处理含铀元素的放射性废水领域中日益受到目前，国内外已有一些研究表明， 细菌、真菌、藻类和无机吸附材料等对铀具有一定富集作用，但吸附处理效果不是很理想。也有少数研究者将农林废弃物用于铀的吸附处理的结果显示，处理成本低、二次污染少、易再生利用、回收铀的可能性大。

[0004] 在水处理过程中，吸附剂利用其丰富的结构、比表面积加之通过表面各种活性基团与吸附质的相互作用，从液相中萃取出污染物，从而达到水质净化的作用。其中，吸附法与其他工艺相比优势在于能够处理生物法难以处理的金属离子、难降解有机物及一些阴离子污染物。但与此同时，吸附法也存在许多不足之处，其中吸附剂的固液分离困难一直是阻碍吸附技术进步的一大问题，因而近年来许多学者致力于研究磁性吸附剂并应用于水体中污染物质的去除。研究可知，在外加磁场的帮助下，磁性吸附剂能够快速实现固液分离，并同时拥有高速的传质速率和良好的接触效率，因而可在很大程度上可以解决传统吸附法所面临的问题。

[0005] 亚麻是人类最早使用的天然植物纤维，距今已有1万年以上的历史。亚麻是纯天然纤维，由于亚麻纤维柔软、强韧、有光泽、耐磨、吸水性小、散水快，纤维吸湿后膨胀率大,能使纺织品组织紧密,不易透水，是优良的纺织原料。其具有吸汗、透气性良好和对人体无害等显著特点，越来越被人类所重视。利用亚麻这种天然可再生资源，开发环境友好型产品和技术，有利于减少环境污染，将成为可持续发展的必然趋势。亚麻是一年生的草本植物，是最宝贵的生态资源之一，是一种可再生资源。目前全国亚麻的种植面积达300多万亩，长纤维的产量一般在60kg/亩左右，亚麻作为纺织纤维具有一系列优良性能，是十分珍贵的纺织纤维原料。但在纺织过程中有2%左右的短纤维是废弃物，这些废弃物不能充分的利用是亚麻资源的严重浪费，也使企业所在地的环境受到污染。充分利用好这些短纤维既可以减少环境污染也可创造可观的经济效益，利用这些短纤维合成新型吸附剂用于水体中染料的吸附，使这种吸附剂具有天然、绿色、可生物降解的特点。

[0006] 国外对亚麻化学改性和吸附性能也有研究，M. Cox等研究了用亚麻改性制备活性炭对贵金属吸附，其吸附容量为1.708 mg/g（M. Cox，Sorption of precious metals onto chemically prepared carbon from flax shive. Hydrometallurgy,78(2005),137-144）。李小敏，HNO3修饰的亚麻废料吸附剂对锌离子吸附性的研究。伊犁师范学院学报（自然科学版），2011（1），45-48. 其吸附容量为0.324mmol /g。采用亚麻化学改性获取的水体系中金属离子的吸附剂的吸附量较小，而且受吸附体系的pH影响比较大，申请号为：
2+
201110276212.9的专利中公开了一种巯基亚麻的制备方法及应用，巯基亚麻对Cd 的吸附容量可高达282mg/g，最高吸附率可达99.6%，对Pb2+的最大吸附量为519mg/g, 对Cu2+的最大吸附量为160mg/g，采用亚麻改性制备的吸附对铀吸附报道未见。

[0007] 本申请将天然高分子的麻纤维磁化后，采用三聚氰胺改性磁性麻作为吸附剂吸附分离铀，使其即具有磁性吸附剂的特性，又具有天然高分子特性，同时还具有特殊活性基团的选择性。

发明内容

[0008] 本发明的目的之一是提供一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，获取的一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂对水体系中铀的进行吸附分离。

[0009] 本发明的目的通过以下技术方案实现。

[0010] 一种三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：

[0011] （1）麻预处理：将原麻按固液比为1g∶20 25mL浸泡在1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，~室温浸泡8 10 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处~
理麻；

[0012] （2）氧化麻制备：在反应器中，按如下组成质量百分浓度加入，浓硫酸：25 30%，去~离子水：50 60%，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：3 7%，混匀，再加入预处理麻：10 18%，各组~ ~ ~
分之和为百分之百，室温浸泡4 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

[0013] （3）磁性麻制备：在反应器中，按如下组成质量百分浓度加入，乙醇：52 60%，纳米~Fe3O4磁性微粒：4~8%，三聚磷酸钠：1.0~4.0%，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：20~26%，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：8 15%，各组分之和为百分之百，温度升至60±2℃恒温、搅~
拌、回流反应3 5h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；
~

[0014] （4）三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分浓度加入，去离子水：72 80%，三聚氰胺：6 12%，加热溶解，磁性麻：12 20%，各组分之和为百分之~ ~ ~百，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应4 6h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得~
到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

[0015] 在步骤（1）所述的原麻为亚麻为纺织厂废弃的短纤维亚麻或者废旧麻绳或麻袋，用水洗净，干燥，粉碎，过筛，粒径在120 140目之间。~

[0016] 在步骤（3）所述的纳米Fe3O4磁性微粒的粒径要小于120nm。

[0017] 本发明的另一目的是提供三聚氰胺改性磁性麻吸附剂对水体系中对铀的吸附，特点为：将制备好的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂用去离子水浸泡1 2h，按静态法吸附。~

[0018] 将制备好的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂用去离子水浸泡1 2h，按动态法吸附。~

[0019] 本发明与现有技术比较，具有如下优点及有益效果：

[0020] （1）本发明获得的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂具有良好的物理化学稳定性和优异的机械强度，吸附容量大，对铀最大吸附容量达68.15 mg/g，耐磨可反复使用次数可达8次以上，吸附的速度快，吸附选择好，解吸性能好，能够在较宽的酸碱范围内使用。

[0021] （2）本发明获得的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂既具有固相载体材料的优点，也解决了活性基团应用到水环境中的流失问题，外加磁场即可将吸附完成后的吸附剂从水中分离，容易分离回收，密度小等优点。

[0022] （3）稳定性好，是天然绿色产品，再生材料，废弃物可生物降解，其来源广泛，价格低廉，对环境水的污染修复等方面有现实意义，减轻环保压力。

[0023] （4）合成的过程要求的条件容易控制，能耗低，操作简单，属于清洁生产工艺，易于工业化生产。

具体实施方式

[0024] 实施例1

[0025] （1）麻预处理：将100g原麻浸泡在2200mL的1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温浸泡9 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处理麻；

[0026] （2）氧化麻制备：在反应器中，分别加入，浓硫酸：75mL，去离子水：270mL，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：25g，混匀，再加入预处理麻：60g，室温浸泡4 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

[0027] （3）磁性麻制备：在反应器中，分别加入，乙醇：270mL，纳米Fe3O4磁性微粒：24g，三聚磷酸钠：8g，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：85mL，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：56g，温度升至60±2℃恒温、搅拌、回流反应4h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；

[0028] （4）三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：150mL，三聚氰胺：16g，加热溶解，磁性麻：34g，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应5h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

[0029] 实施例2

[0030] （1）麻预处理：将100g原麻浸泡在2000mL的1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温浸泡8 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处理麻；

[0031] （2）氧化麻制备：在反应器中，分别加入，浓硫酸：82mL，去离子水：250mL，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：15g，混匀，再加入预处理麻：85g，室温浸泡4 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

[0032] （3）磁性麻制备：在反应器中，分别加入，乙醇：330mL，纳米Fe3O4磁性微粒：40g，三聚磷酸钠：5g，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：110mL，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：75g，温度升至60±2℃恒温、搅拌、回流反应3h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；

[0033] （4）三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：142mL，三聚氰胺：20g，加热溶解，磁性麻：36g，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应4h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

[0034] 实施例3

[0035] （1）麻预处理：将100g原麻浸泡在2500mL的1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温浸泡10 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处理麻；

[0036] （2）氧化麻制备：在反应器中，分别加入，浓硫酸：68mL，去离子水：300mL，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：20g，混匀，再加入预处理麻：55g，室温浸泡4 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

[0037] （3）磁性麻制备：在反应器中，分别加入，乙醇：360mL，纳米Fe3O4磁性微粒：20g，三聚磷酸钠：20g，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：120mL，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：40g，温度升至60±2℃恒温、搅拌、回流反应5h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；

[0038] （4）三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：160mL，三聚氰胺：12g，加热溶解，磁性麻：28g，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应6h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

[0039] 实施例4

[0040] （1）麻预处理：将50g原麻浸泡在1000mL的1.5mol/L的氢氧化钠溶液中，室温浸泡9 h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到预处理麻；

[0041] （2）氧化麻制备：在反应器中，分别加入，浓硫酸：30mL，去离子水：110mL，搅拌均匀，冷至室温，过硫酸钾：14g，混匀，再加入预处理麻：28g，室温浸泡4h，再煮沸10min，冷却后用去离子水洗涤至中性，固液分离，干燥，得到氧化麻；

[0042] （3）磁性麻制备：在反应器中，分别加入，乙醇：75mL，纳米Fe3O4磁性微粒：4g，三聚磷酸钠：4g，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：26mL，超声分散成悬浊液，加入氧化麻：15g，温度升至60±2℃恒温、搅拌、回流反应4.5h，反应结束后，冷至室温，固液分离，洗涤，干燥，得到磁性麻；

[0043] （4）三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：76mL，三聚氰胺：12g，加热溶解，磁性麻：12g，于70±2℃恒温、搅拌、回流反应5h，冷却后，分别用水、乙醇洗涤、固液分离，干燥，得到三聚氰胺改性磁性麻吸附剂。

[0044] 实施例5

[0045] 称取0.10g三聚氰胺改性磁性麻吸附剂置于250mL具塞锥形瓶中浸泡1 2h，过滤洗~涤后，加入100mL浓度为400mg/L铀（Ⅵ）标准溶液中，以稀酸或碱调节体系的pH值为2.0~
11.0范围内，在室温下震荡吸附2 4h，取上清液，用分光光度法测定铀的浓度，根据吸附前~
后水中铀的浓度差，计算出三聚氰胺改性磁性麻吸附剂的吸附容量，本发明所制得的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂对铀的吸附pH值在4.0 8.0范围内吸附剂对铀的吸附容量最大而且~
稳定，在室温下震荡吸附2h，铀基本吸附完全，铀的吸附容量可达68.15 mg/g。

[0046] 实施例6

[0047] 称取1.0g三聚氰胺改性磁性麻吸附剂置于250mL具塞锥形瓶中浸泡1 2h，过滤洗~涤后，加入100mL浓度为200mg/L铀标准溶液中，以稀酸或碱调节体系的pH值为7.0，在室温下震荡吸附4h，取上清液，用分光光度法测定铀的浓度，根据吸附前后水中铀的浓度差，计算出三聚氰胺改性磁性麻吸附剂对铀的去除率，本发明所制得的三聚氰胺改性磁性麻吸附剂对铀的去除率都在94.12%以上，最高可达98%。