煤基离子交换剂的制备及应用

第20卷第1期2003年3月长安大学学报(建筑与环境科学版)JournalofChang’anUniversity(Arch.andEnvir.ScienceEdition)Vol.20No.1Mar.2003煤基离子交换剂的制备及应用李文新,李绍卿(长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054)摘要:以氧化煤与磺化聚苯乙烯高分子采用溶剂共混法,制成复合型功能性材料———煤基离子交换剂.该材料主要用于对废水中重金属离子Zn2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+的处理,吸附效果具有独特性,是新型的煤基高分子材料,在煤的非能源利用方面开辟了新的途径.关键词:神府2-2煤;磺化聚苯乙烯;吸附;锌;铅;镍中图分类号:X703.5文献标识码:A文章编号:100127569(2003)0120068203PreparationandapplicationofcoalgranularIon2exchangerLIWeng2xin,LIShao2qing(SchoolofEnvironmentalScience&Engineering,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China)Abstract:Bypreparingaseriesoftestsample,accordingtothedifferentproportionofSPS/coalblend,thestaticionexchangingcapacityisdetermmed.Infraredspectrashowsthattheion2dipoleexistinthepolargroupsi.e.(2COOH)、(2OH)ofoxidizedcoalandsulfonatedgroupinSPS,finally,thedynamicsofreactionarediscussedandthehypothesistoreactionofion2exchangeisputforward.Keywords:SF2-2coal;sulfonatedpolystryrene;blend;adsorption;Zn;Pb;Ni煤炭作为能源利用而引起环境污染的问题倍受全世界的关注,因此,人们开始对煤炭进行非能源利用的开发研究.众所周知,一些煤化程度较低、含腐植酸较高的煤,即有较大内表面和含氧官能团较多的煤具有吸附、络合和交换的性能,通常作为重金属离子交换剂[1],但这种交换剂不好成型且使用一次后,不便于再生和多次使用.针对这种情况,本文利用功能性高分子材料的复合性原理,将煤和轻度磺化的聚苯乙烯共混,制成煤基离子交换剂,用于废水处理,尤其是对重金属离子Zn2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+的处理,效果显著.本文中所用的煤是神府大柳塔2-2煤.此煤的芳香度较高,环缩合数较多,环缩合程度较高,脂肪烃所占比例较多,经过硫化床空气轻度氧化,可以得到含腐植酸较多的氧化煤———作为煤基离子交换剂中的一种成分.聚苯乙烯是传统的离子交换树脂的载体,常见的泡沫型包装材料是由聚苯乙烯泡沫塑料经过一定加工而成.该材料经一次性使用后即被废弃,造成严重的环境污染.为了变废为宝,本文采用线型聚苯乙烯进行轻度磺化———作为煤基离子交换剂的另一种成分.考虑到轻度氧化煤与磺化聚苯乙烯共混相容的问题,使用温和磺化剂(乙酰基磺酸)进行磺化.1实验部分1.1氧化煤的制备将神府大柳塔2-2煤,研细成0.10～0.25mm粒度,经自制硫化床空气氧化,氧化时间7h,氧化温度250℃,空气的气流速度控制在5.8l/h.1.2轻度氧化煤官能团的测定神府2-2煤及其氧化煤中总腐植酸产率按照文献[2]的方法测定.总酸性基含量用氢氧化钡中和法测定,羟基含量用乙酸钙沉淀法测定,酚羟基含量用差减法求得.测定结果如表1所示.表1神府2-2煤及其氧化煤的含氧官能团含量mmol/g煤样HA%总酸基羧基酚羟基原煤0.993.350.103.25氧化煤4.324.720.254.57收稿日期:2002207202作者简介:李文新(1967-),女,陕西西安人,长安大学讲师,硕士,从事环境与废水处理研究.1.3线型磺化聚苯乙烯的制备1.3.1试剂与仪器(1)聚苯乙烯(兰州化学工业公司出品)(2)磺化剂的配制将10ml乙酸酐加入20ml1.22二氯乙烷中,冷却到10℃,加4ml95%浓硫酸即得.(3)仪器三颈瓶;搅拌装置;水浴装置;真空干燥箱.1.3.2磺化反应向250ml三颈瓶中加入10g聚苯乙烯,以50ml1.22二氯乙烷为溶剂,加热使其溶解,缓慢滴加磺化剂乙酰基磺酸,在60℃下搅拌反应2h,制得磺化聚苯乙烯.1.4煤基离了交换剂的制备在磺化反应结束后,直接将研细成200目的煤样按一定量与磺化聚苯乙烯共混5min.取出放置1d,用5%的N