以羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺為原料合成吸附Pb²⁺樹脂的方法
【專利摘要】本發明公開了以羧甲基馬鈴薯淀粉和丙烯酰胺為原料制備吸附Pb2+離子樹脂的方法，主要特征為首先以氫氧化鈉溶液水解丙烯酰胺，然后在氮氣的保護下水浴加熱，使羧甲基馬鈴薯淀粉與部分水解的丙烯酰胺在30～60℃下接枝聚合制備吸附Pb2+樹脂。最佳產品在1000mlPb2+濃度為10ppm的溶液中對Pb2+的吸附量為49.39mg/g，去除率為98.78%。本發明吸附Pb2+離子樹脂的制備具有以下優勢：母體羧甲基馬鈴薯淀粉可溶于水中，因而不需要糊化，工藝簡單易行，接枝聚合反應溫度低，實用性強，制得的吸附Pb2+樹脂對Pb2+離子吸附量高。
【專利說明】
以羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺為原料合成吸附Pb2+樹脂的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于環境治理領域的功能高分子材料一一吸附Pb2+離子樹脂的制備方法，特別是指以羧甲基馬鈴薯淀粉、用氫氧化鈉部分水解的丙烯酰胺為主要原料制備吸附Pb2+離子樹脂的方法。【背景技術】
[0002]由于重金屬具有富集性及穩定性，很難在環境中降解的特點，因此相對于其他污染，重金屬污染已經成為威脅人類發展的重大環境問題。鉛及其化合物都有非常大的毒性， 會造成大氣、土壤、水體的污染，是危害極大的重金屬元素之一。如蓄電池行業中排放出的工業廢水含有大量的鉛，這些鉛在水體中或土壤中蓄積后，通過食物鏈影響人和動物健康， 特別是對兒童的智力發育有著嚴重的損害作用，此外還會對人體的造血系統、中樞神經系統及外部神經系統造成永久性損傷。因此，選擇一種能有效的從工業廢水中去除Pb2+的方法非常重要。
【發明內容】

[0003]本發明提供了一種操作工藝簡單、吸附Pb2+能力強、吸附量高的樹脂產品及其制備方法。[〇〇〇4]其方法及步驟如下:將羧甲基馬鈴薯淀粉與一定量的去離子水混合;稱取一定量的丙烯酰胺，與一定量的去離子水混合，配制氫氧化鈉溶液按一定水解度將其與稱好的丙烯酰胺反應;將上述羧甲基馬鈴薯淀粉與去離子水的混合液與用氫氧化鈉部分水解的丙烯酰胺溶液在反應瓶中混合均勾，加入一定量的引發劑過硫酸鉀與一定量的交聯劑N，f-亞甲基雙丙稀酰胺，攪拌使之均勻，通入氮氣，緩慢加熱，使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在30-60°C之間，溫度繼續升高達到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎即得吸附Pb2+樹脂。上述使用的引發劑過硫酸鉀配制為的濃度為l〇mg/ml的溶液、交聯劑N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺配制為濃度為2.5mg/ml的溶液。
[0005]最佳條件下的產品在1000mlPb2 +濃度為lOppm的溶液中對Pb2 +的吸附量為 49.39mg/g〇本發明的優點:(1)羧甲基馬鈴薯淀粉易溶于水，在吸附Pb2+樹脂制備的過程中不需要傳統的淀粉糊化工藝，工藝流程簡單易行；(2)聚合反應溫度低，可減少能量消耗，實用性強；(3)產品對Pb2+的吸附效果好。【附圖說明】
[0006]圖1是羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺合成吸附Pb2+樹脂的工藝流程圖圖2是引發劑用量對初始濃度為lOppm的Pb2+樹脂吸附量的影響曲線圖3是交聯劑用量對初始濃度為lOppm的Pb2+樹脂吸附量的影響曲線圖4是丙烯酰胺水解度對初始濃度為lOppm的Pb2+樹脂吸附量的影響曲線圖5是溶解羧甲基馬鈴薯淀粉的用水量對初始濃度為lOppm的Pb2+樹脂吸附量的影響曲線圖6是羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺質量比對初始濃度為lOppm的Pb2+樹脂吸附量的影響曲線。【具體實施方式】
[0007]實施例1:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入3ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在35°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48? 09mg/g，去除率為 96 ? 18%。
[0008]實施例2:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在39°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為49? 02mg/g，去除率，98 ? 04%。
[0009]實施例3:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入9ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在28°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為 47 ? 54mg/g，去除率為 95 ? 08%。
[0010]實施例4:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、4ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在29°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為 49 ? 12mg/g，去除率為 98 ? 24%。
[0011]實施例5:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、8ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在31°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為47? 90mg/g，去除率為 95 ? 8%。[〇〇12]實施例6:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5m 1濃度為1 Omg/m 1的過硫酸鉀溶液、1 Om 1濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在32°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48 ? 02mg/g，去除率為96 ? 04%。[〇〇13]實施例7:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取1.41g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在48°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48? 34mg/g，去除率為 96 ? 68%。[〇〇14]實施例8:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取4.23g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在46°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為 48 ? 66mg/g，去除率為 97 ? 32%。[〇〇15]實施例9:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鈉，溶解于 15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勾，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在33°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹月旨，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為 47 ? 39mg/g，去除率為 94 ? 78%。[〇〇16]實施例10:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與25ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在34°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為47 ? 93mg/g，去除率為95 ? 86%。[〇〇17]實施例11:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與45ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在37°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48 ? 95mg/g，去除率為97 ? 9%。[〇〇18]實施例12:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與65ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在40°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為47 ? 61mg/g，去除率為95 ? 22%。
[0019]實施例13:稱取7.5g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取2.1 lg氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在48 °C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48 ? 19mg/g，去除率為96 ? 38%。
[0020]實施例14:稱取17.5g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取4.93g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為lOmg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在41°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為48 ? 67mg/g，去除率為97 ? 34%。[〇〇21]實施例15:稱取30g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取8.45g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、6ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在41°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為47 ? 50mg/g，去除率為95%。[〇〇22]實施例16:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.04g氫氧化鈉，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鈉溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解;稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為1 Omg/ml的過硫酸鉀溶液、5ml濃度為 2.5mg/ml的N，N'_亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮氣，緩慢加熱使反應體系溫度逐步升高， 聚合反應發生在31°C，待溫度上升到80°C時保溫1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎得到吸附Pb2+樹脂，本實施例所制得的吸附Pb2+樹脂在1000mlPb2+濃度為lOppm的溶液中對Pb2+的吸附量為49 ? 39mg/g，去除率為98 ? 78%。
【主權項】
1.本發明提供了一種操作工藝簡單、吸附Pb2+能力強、吸附量及去除率高的樹脂產品及 其制備方法，其方法及步驟如下:將羧甲基馬鈴薯淀粉與一定量的去離子水混合;稱取一定量的丙烯酰胺，配制氫氧化 鈉溶液按一定水解度將其與稱好的丙烯酰胺反應;將上述羧甲基馬鈴薯淀粉與去離子水的 混合液與用氫氧化鈉部分水解的丙烯酰胺溶液在反應瓶中混合均勻，加入一定量的引發劑 過硫酸鉀與一定量的交聯劑N，f-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌使之均勻，通入氮氣，緩慢加熱， 使反應體系溫度逐步升高，聚合反應發生在30-60°C之間，溫度繼續升高達到80°C時保溫 1.5h，然后取出產物，經烘干、粉碎即得吸附Pb2+樹脂;上述使用的引發劑過硫酸鉀配制為的 濃度為1 〇mg/ml的溶液、交聯劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺配制為濃度為2.5mg/ml的溶液。2.上述以羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺為原料合成樹脂的方法制得的樹脂，最佳條件 下的產品在1 〇〇〇mlPb2+濃度為1 Oppm的溶液中Pb2+的吸附量為49.39mg/g。3.權利要求1所述最佳條件下的產品特指按權利要求1所述實驗方案制備吸附Pb2+樹 月旨，其中羧甲基馬鈴薯淀粉:溶解羧甲基馬鈴薯淀粉用水量:丙烯酰胺:氫氧化鈉:過硫酸 鉀:N，K-亞甲基雙丙烯酰胺溶液=1:12:10:2.816:0.02:0.005。
【文檔編號】B01J20/24GK106008833SQ201610480011
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】溫國華, 吳海霞, 李純毅, 張雨亭, 付淵, 宋麗君, 渠清, 陳超, 劉廣華
【申請人】內蒙古大學