一种壳聚糖衍生物吸附剂的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于溶液聚合领域，具体涉及一种壳聚糖衍生物吸附剂的制备方法及应 用。 技术背景
[0002] 吸附是目前应用最为广泛的印染废水脱色方法之一。相对于其他的脱色方法，它 具有明显的优点：工艺流程与操作简单、投资费用低、处理量大、脱色率高、不用另加化学药 品、能耗低、环保并且吸附剂有望再生而重复使用；吸附法特别适用于不可生物降解染料的 脱除。近年来，针对吸附法的研宄主要集中在寻求更为合适的新型廉价吸附剂，减少或消除 染料在环境中的积累，使印染废水的处理更加安全经济，满足日益严格的环保要求。理想的 吸附剂必须具备以下几个条件：原料来源丰富，价格便宜，生态环保，吸附容量大，吸附速率 快，选择性高，物化稳定性高且可再生。壳聚糖（CTS)是甲壳质脱乙酰化的产物，分子中含 有大量的游离氨基，对直接、活性、酸性等阴离子染料有良好的亲和力。但CTS对介质pH值 的高度敏感性限制了其作为吸附剂在印染废水处理中的应用。因此，对CTS进行化学改性， 提高产物的耐酸稳定性是制备新型CTS基吸附剂的有效途径。
[0003] 目前，甲基丙烯酸甲酯（MMA)等乙烯单体与CTS之间的接枝聚合是重要的改性方 法之一。然而，研宄表明：大部分CTS接枝聚合产物表现出较低的染料吸附容量，并且很难 实现重复使用。一方面，产物中CTS相对含量较低，因为产物接枝率较高，引入了较多的其 它成分；另一方面，产物中氨基数量明显减少，因为活性强的氨基更容易参与接枝聚合反 应。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种CTS衍生物（VNA-CTS)吸附剂的制备方法及应用。按 照本发明提供的技术方案，所述VNA-CTS吸附剂的制备方法，特征是，配方比例按重量份数 计，包括以下步骤：
[0005] 0. 5~1. 5份CTS粉末溶于85~95份的醋酸溶液（2vol % )中，在维持体系pH 值为4的情况下，机械搅拌（400rpm/min)直至CTS全部溶解。0. 1~1. 5份VNA溶于5~ 15份无水乙醇中，与CTS溶液混合均匀后，加入0. 6~0. 9份过硫酸铵并在一定温度下反应 一段时间。体系冷却至室温，经冷冻干燥、丙酮洗涤、50°C真空干燥24小时，得到所需产物。
[0006] 在上述VNA-CTS吸附剂的制备方法中，聚合温度为60~70°C，聚合时间为3~5 小时。
[0007] 本发明还提供了所述VNA-CTS吸附剂在染液脱色方面的应用，特征是，包括以下 步骤：
[0008] (1)配制一定浓度的染液。
[0009] (2)量取一定体积的染液置于烧杯中，加入一定量的食盐（NaCl)，并且调节染液 的pH。
[0010] (3)加入一定量的VNA-CTS吸附剂，室温下机械搅拌。
[0011] ⑷测定染液的脱色率。
[0012] 在上述VNA-CTS吸附剂的脱色应用中，所述染料为阴离子染料；染料浓度为100~ 500mg/L ;NaCl浓度为0~40g/L ;染液pH为2~7 ;VNA-CTS吸附剂用量为10~600mg/ L ;机械揽拌方式为150~220rpm/min揽拌30~200min。
[0013] 本发明的优点：VNA-CTS吸附剂为淡黄色颗粒状固体，结构稳定，便于保存和运 输；制备方法简单、能耗低、环境污染小。VNA-CTS颗粒作为一种新型吸附剂，染液脱色能力 强、脱色速率快，适用PH范围较宽（2~7)、耐盐性好；吸附剂容易再生。
[0014] 此外，VNA-CTS吸附剂的制备方法具有以下三个优点：1)CTS分子中的氨基（-NH2) 因发生质子化（-NH3+)而未参与接枝聚合反应，VNA-CTS保留了 CTS分子中原有的氨基，从 而保证了其对染料的强吸附性能，并且有利于吸附染料的解吸附；2)相对于经MMA等乙烯 基单体接枝聚合改性的CTS衍生物，VNA-CTS接枝率较低，其CTS含量相对较高，从而保证 了其对染料的强吸附能力；3)两亲性的VNA-CTS在反应体系中发生自组装，经冷冻干燥后 得到颗粒状的产物，其高比表面积有利于染料的吸附。
【具体实施方式】
[0015] 本发明分二步：
[0016] (I)VNA-CTS吸附剂的制备；
[0017] ⑵VNA-CTS吸附剂在染液脱色方面的应用。
[0018] 本发明所述VNA-CTS吸附剂的各项性能可采用以下指标进行检测：
[0019] (1)结构分析测定：FT-IR分析使用NICOLET NEXUS 470傅里叶变换红外光谱仪， 样品制备采用
[0020] KBr压片法。光谱仪分辨率为4CHT1，扫描次数为32。
[0021] (2)接枝率（G，％ )、接枝效率（E，％ )的计算公式为：
【主权项】
1. 一种壳聚糖衍生物（VNA-CTS)吸附剂的制备方法，特征是，配方比例按重量份数计， 包括以下步骤： 0. 5~1. 5份壳聚糖（CTS)粉末溶于85~95份的醋酸溶液（2vol % )中，搅拌升温直 至CTS全部溶解。0. 1~1. 5份壬酸乙烯酯（VNA)溶于5~15份无水乙醇中，与CTS溶液 混合均匀后，加入0. 6~0. 9份过硫酸铵并在一定温度下反应一段时间。体系冷却至室温， 经冷冻干燥、丙酮洗涤、50°C真空干燥24小时，得到所需产物。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合温度为60~70°C，聚合时 间为3~5小时。
3. 根据权利要求1-2之一所述方法制备的壳聚糖衍生物一VNA-CTS吸附剂。
4. 根据权利要求3所述的VNA-CTS吸附剂在染液脱色方面的应用。其特征在于具体步 骤为： (1) 配制一定浓度的染液。 (2) 量取一定体积的染液置于烧杯中，加入一定量的食盐（NaCl)，并且调节染液的pH。 (3) 加入一定量的VNA-CTS吸附剂，室温下机械搅拌。 (4) 测定染液的脱色率。
5. 根据权利要求4所述的脱色应用，其特征在于：所述染料为阴离子染料；染料浓度 为100~500mg/L ;NaCl浓度为0~40g/L ;染液pH为2~7 ;VNA-CTS吸附剂用量为10~ 600mg/L ;机械揽拌方式为150~220rpm/min揽拌30~200min。
【专利摘要】本发明公开了一种壳聚糖衍生物吸附剂的制备方法及应用。2vol％醋酸/无水乙醇(19：1，体积比)混合体系中，壳聚糖(CTS)、壬酸乙烯酯(VNA)在过硫酸铵引发下，经自由基接枝聚合并冷冻干燥制得产物—VNA-CTS吸附剂。产物为淡黄色固体颗粒，结构稳定，便于保存和运输；制备方法简单、能耗低、环境污染小。VNA-CTS作为一种新型吸附剂，对染料废水脱色能力强、脱色速率快，适用pH范围较宽(2～7)、耐盐性好；吸附剂再生容易。
【IPC分类】B01J20-30, C02F103-30, B01J20-26
【公开号】CN104826614
【申请号】CN201510213213
【发明人】田秀枝, 蒋学, 闫德东, 王树根
【申请人】江南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日