專利名稱：聚苯二胺用作鉛離子吸附劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及聚苯二胺的用途領域。
背景技術：
重金屬離子吸附劑的種類很多，涉及的范圍也很廣，既有天然礦物，如沸石、高嶺石等無機材料，也有天然高聚物，如丹寧類、木質素類、殼聚糖類等，還有人工合成或改性的，如聚苯乙烯基樹脂、硅膠基樹脂等。王睿使用雞蛋殼粉末吸附Pb(II)離子，常溫下其最大吸附率可達到99.97％(CN 1478594A)。目前殼聚糖的改性研究已成為國內外研究的熱點，如周孫英等制備了一種交聯羧甲基殼聚糖并研究了其對鉛離子的吸附性能，其最大吸附量為230mg/g(周孫英，王津，陳革林.交聯羧甲基殼聚糖對鉛離子的吸附性能研究。福建化工，2002，1，4～7.)；李青燕等制備改性殼聚糖對Pb(II)離子的最大吸附率達到98％(CN1485345A)。近年來報道的幾種新型合成高聚物重金屬離子吸附劑也有較好的吸附性能，并為人們研究和開發重金屬離子吸附劑拓寬了研究思路，如Manju等制備得到的水合氧化鐵聚丙烯酰胺吸附劑對Pb(II)離子的最大吸附容量分別達到211.4mg/g(Manju G N，Krishnan KA，Vinod V P，et al.An investingation into the sorption of heavy metals fromwastewaters by polyacrylamide-grafted iron(III)oxide[J].Journal of HazardousMatetials.2002，B91221-238.)。蛋殼和殼聚糖等天然生物材料來源豐富、成本低，對重金屬離子也表現出較好的吸附特性，但它們在酸性或堿性溶液中易溶解，甚至變質，所以這些天然吸附劑在實際應用中往往受到限制，因而對它們作適當的改性是很有必要的，但改性又會使成本增加，吸附性能下降。因此有必要尋找一種新的制備方法簡單、高效低成本的鉛離子吸附劑。
發明內容
本發明的目的就是尋找一種制備方法簡單、高效低成本的鉛離子吸附劑，實際上就是提供聚苯二胺的新用途。
本發明涉及聚苯二胺在鉛離子吸附劑中的應用。
聚苯二胺的化學氧化制備方法如下將苯二胺溶于一定濃度的HCl或蒸餾水中，然后將氧化劑過硫酸銨水溶液滴加到上述單體溶液中，滴加完畢后繼續反應使單體反應完全即可，所述苯二胺單體為化學式(1)的化合物 式(1)中，R1～R5中有一個為-NH2，其余為-H，-SO3或-SO3Na。
本發明所述鉛離子吸附劑的制備方法中鹽酸的濃度在0.5～1.5mol/L，單體與氧化劑的摩爾比優選為1∶1。
選擇含有活性氨基、羥基、羧基等功能基團的高聚物材料是本發明的思路和途徑。化學氧化法制備的聚苯二胺通過結構分析可知其分子鏈結構包含有吩嗪環、喹啉環、苯環等結構，另外還含有大量的-NH-、-N＝C以及自由氨基。研究表明，聚苯二胺對Pb2+的吸附分別滿足Langmuir吸附等溫方程和pseudo-first-order動力學方程，而且熱力學分析還表明聚苯二胺對Pb2+的吸附是自發進行的吸熱過程，可見聚苯二胺對Pb2+的吸附是典型的化學吸附，而且由于聚苯二胺分子結構中含有-NH-、-N＝C以及自由的氨基等含N活性基，可以推測聚苯二胺與Pb2+發生了分子內和分子間的絡合或螯合作用。另外，從聚苯二胺吸附Pb2+溶液時吸附前后存在的pH值變化還可以判斷吸附過程中存在離子交換現象，亦即聚苯二胺吸附劑主要是通過絡合作用和離子交換作用對鉛離子進行吸附。
本發明的有益效果本發明采用水或HCl水溶液作為聚合介質，通過簡單易行的化學氧化溶液聚合法制備苯二胺均聚物用于鉛離子的吸附，在2min左右即可達到50％的吸附率。獲得的最大吸附容量達到250mg/g左右，吸附百分率達99.8％，高于其它吸附劑在同等吸附條件下對Pb(II)的吸附量。并且苯二胺比較廉價，整個制備過程簡單、成本低。
具體實施例方式
實施例1稱取2.1628g(0.02mol)對苯二胺溶于50mL1mol/LHCl中，按氧化劑單體摩爾比1∶1稱取4.564g(0.02mol)過硫酸銨溶于50mL蒸餾水中。30℃下將氧化劑溶液滴加到單體溶液中。滴加氧化劑開始計時，共反應24h。得到黑色粉末狀聚合物，產量1.9427g，產率89.6％。
實施例2
稱取2.1628g(0.02mol)間苯二胺溶于50mL蒸餾水中，按氧單摩爾比1∶1稱取4.564g(0.02mol)過硫酸銨溶于50mL蒸餾水中。30℃下將氧化劑溶液滴加到單體溶液中。滴加氧化劑開始計時，共反應24h。最后得到黑色粉末狀聚合物，產量1.7756g，產率82.1％。
實施例3～5將實施例1的產物50mg，30℃時投入25mL初始濃度100mg/L的鉛離子溶液(pH值在5.0左右)中攪拌吸附24h，濾紙過濾，用ICP分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為45.6mg/g，吸附率為91.3％；同樣條件下，吸附初始濃度500mg/L的鉛離子溶液，其吸附容量為181.9mg/g，吸附率為72.1％；同樣條件下，吸附初始濃度800mg/L的鉛離子溶液，其吸附量達到250mg/g，吸附率為56.2％。
實施例6～7將實施例1的產物50mg，10℃時投入25mL初始濃度400mol/L(pH值在5.0左右)的鉛離子溶液攪拌吸附24h后，濾紙過濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為154.4mg/g，吸附率為77.5％。同樣條件下，吸附溫度為50℃，其吸附容量為171.0mg/g，吸附率為86.4％。
實施例8～10取實施例1的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度200L、pH值為2.5的鉛離子溶液中攪拌吸附24h。濾紙過濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為86.4mg/g，吸附率為81.0％；同樣條件下，pH值為5時，其吸附容量為88.9mg/g，吸附率為81.6％；同樣條件下，pH值為7時，其吸附容量為89.8mg/g，吸附率為83.2％實施例11～12取實施例1的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度200mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附3min。抽濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為70.0mg/g，吸附率達到約70％。同樣條件下，攪拌吸附10min，其吸附容量為80.1mg/g，吸附率達到為80％。
實施例13取實施例1的產物100mg，30℃下投入25mL初始濃度500mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附24h，過濾，用ICP分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為122.5mg/g，吸附率達到98％。
實施例14取實施例1的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度500mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附24h。離心分離，用ICP分析上層清夜鉛離子的濃度，洗凈離心得到的吸附劑，烘干并轉移到30mL2×10-3mol/LEDTA溶液中進行解析，攪拌6h，過濾用ICP分析慮液中鉛的含量。最后計算得到鉛離子的解附率在80％左右。
實施例15將實施例2的產物50mg，30℃時投入25mL初始濃度100mg/L的鉛離子溶液(pH值在5.0左右)中攪拌吸附24h，濾紙過濾，用ICP分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為44.5mg/g，吸附率為89.0％。
實施例16～17將實施例2的產物50mg，10℃時投入25mL初始濃度400mol/L(pH值在5.0左右)的鉛離子溶液攪拌吸附24h后，濾紙過濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為165.8mg/g，吸附率為75.5％。同樣條件下，吸附溫度為50℃，其吸附容量為172.0mg/g，吸附率為86.0％。
實施例18～20取實施例2的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度200mg/L、pH值為2.5的鉛離子溶液中攪拌吸附24h。濾紙過濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為78.1mg/g，吸附率為80.0％；同樣條件下，pH值為5時，其吸附容量為87.7mg/g，吸附率為82.0％；同樣條件下，pH值為7時，其吸附容量為88.7mg/g，吸附率為83.1％。
實施例21～22取實施例2的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度200mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附3min。抽濾，用絡合滴定法分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為59.5mg/g，吸附率達到約60％。條件相同下，攪拌吸附10min，其吸附容量為79.3mg/g，吸附率達到為80％。
實施例23取實施例2的產物100mg，30℃下投入25mL初始濃度500mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附24h，過濾，用ICP分析吸附后鉛離子的濃度，其吸附容量為124.7mg/g，吸附率達到99.8％。
實施例24取實施例2的產物50mg，30℃下投入25mL初始濃度500mg/L的鉛離子溶液中攪拌吸附24h。離心分離，用ICP分析上層清夜鉛離子的濃度，洗凈離心得到的吸附劑，烘干并轉移到30mL2×10-3mol/LEDTA溶液中進行解析，攪拌6h，過濾用ICP分析慮液中鉛的含量。最后計算得到鉛離子的解附率在80％。
由以上實施例可見，聚苯二胺可用于鉛離子的高容量吸附，操作簡單，只需在廢水中加入一定量的吸附劑，充分攪拌即可，不需增加設備費用。鉛離子水溶液的pH范圍可在1.0～7.0范圍內變化，在1.0～2.5之間，pH值對聚苯二胺吸附Pb2+的影響非常明顯，在這個pH值范圍內，聚苯二胺對Pb2+的吸附率從幾乎為0％快速躍升到80％；而pH在2.5以上時，聚苯二胺對Pb2+的吸附對pH值的變化并不敏感，聚苯二胺對Pb2+的吸附量隨pH值的增大而增加，只是增加量很小。如PpPD(HCl)對于Pb2+的吸附，pH值在2.5～7.0之間，其吸附量的變化不超過4.0％。不過更多的吸附劑對Pb2+吸附的最佳pH值在4～5。
鉛離子水溶液初始濃度范圍在100～1000mg/L，它們對Pb2+的平衡吸附量隨著Pb2+初始濃度的升高而增加，對Pb2+的平衡吸附率隨著Pb2+初始濃度的升高而逐漸下降。
溫度的升高有助于提高聚苯二胺對Pb2+的吸附量，其最大吸附容量在250mg/g左右，而且常溫下吸附很快，在2min時即可達到約50％的吸附率，而且最大吸附率達到98％。另外用稀濃度的EDTA一次解附率在80％以上。
權利要求
1.聚苯二胺用作鉛離子吸附劑。
全文摘要
本發明涉及聚苯二胺的用途領域。本發明采用水或HCl水溶液作為聚合介質，通過簡單易行的化學氧化溶液聚合法制備苯二胺均聚物用于鉛離子的吸附，在2min左右即可達到50％的吸附率。獲得的最大吸附容量達到250mg/g左右，吸附百分率達99.8％，高于其它吸附劑在同等吸附條件下對Pb(II)的吸附量。并且苯二胺比較廉價，整個制備過程簡單、成本低。
文檔編號C02F1/28GK1840235SQ20051002477
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月30日 優先權日2005年3月30日
發明者黃美榮, 李新貴, 彭前云 申請人:同濟大學