基本信息
- 项目名称：
- 改性菠萝皮渣纤维素吸附剂的研究与制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品利用废弃的菠萝皮渣为原料，“变废为宝”，提取其中纤维素，并对其活化后进行不同的改性处理制备了对铜、镉、铅等重金属离子和颜色染料等有吸附作用的系列吸附剂，本产品具有原料来源广泛、成本低廉，易于生产加工，所需设备成本较少；在应用方面具有使用方便，吸附效率高，可再生使用，而且应用范围广。
- 详细介绍：
- 本作品利用废弃的菠萝皮渣为原料，“变废为宝”，提取其中纤维素，并对其活化后进行不同的改性处理制备了对铜、镉、铅等重金属离子和颜色染料等有吸附作用的系列吸附剂，并在模拟污水系统中进行了吸附试验，实验表明，本作品研发的吸附剂与同类产品相比具有吸附容量大，吸附时间短，吸附条件温和，可再生等优势，并申请了申报号为200910193604.1专利，因此，本作品具有生产可行性和一定的市场竞争力。 本作品研发的改性菠萝皮渣纤维素吸附剂在生产制备方面具有原料来源广泛、成本低廉，易于生产加工，所需设备成本较少；在应用方面具有使用方便，吸附效率高，可再生使用，而且应用范围广，适用于生活污水或电镀、线路板生产、湿法冶金、电子工业、仪表、石油化工、金属加工、矿山、垃圾处理、无机盐生产、纺织、印染、造纸等行业的工业污水处理，尤其是用于含有重金属离子和染料的废水净化处理；而且具有后续可开发高附加值产品的潜力。 目前，在经济高速发展和环境问题日趋严重的矛盾背景下，本作品利用本已“废弃”的菠萝皮渣为原料，研究制备了用于解决环境污染问题的吸附剂，适应当前社会发展的趋势，满足了市场的需求，具有很大的市场推广前景。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的:在菠萝加工过程中会产生大量的皮渣，占全果重的50%－60%，皮渣中的纤维素含量占干重的20%－25％，目前对于菠萝皮渣中纤维素高值化利用的研究很少；本研究课题以菠萝皮渣中的纤维素为原料，对其进行接枝改性后可应用在废水处理和环境保护中。 基本思路：1）纤维素的提取：采用改进的Van soest法，可准确地分离并测出纤维素、半纤维素和木质素的含量；2）活化改性：纤维素分子结构中有活性较强的羟基，可以发生一系列的醚化、酯化等和羟基有关的化学反应，而通接上这些官能团能对重金属和染料有吸附能力；3）对改性菠萝皮渣纤维素的吸附动力学、等温吸附曲线等研究其对重金属和染料的吸附机理、吸附能力和其再生性能研究。 创新点：1）废物利用：2007年全国菠萝种植总面积和总产量分别达到6.7万hm2和144万t，按菠萝皮渣占全国重50%计算，废弃的皮渣总量达72万t，可制成改性菠萝纤维素吸附剂12.96万t；2）菠萝皮渣纤维素的改性：以琥珀酸酐为改性剂进行改性，可吸附水中重金属离子，而且可重复利用；还研究了经环氧化、胺化反应处理的菠萝皮渣能对染料污水有吸附作用。 技术关键： 菠萝皮渣纤维素的活化改性为技术关键，直接影响改性后皮渣纤维素的吸附性能。 主要技术指标：对铜离子的吸附容量为73.63mg/g，对镉离子的吸附容量为115.78mg/g，对铅离子的吸附容量为244.55mg/g,对红、黄、蓝等颜色染料的吸附容量分别能达到97.2mg/g，81.7mg/g和89.2mg/g。
科学性、先进性
- 科学性：1）原料来源广泛、成本低廉：我国菠萝产量144万吨，是世界第四大菠萝主产国。本作品以菠萝皮渣为主要原料，生产新型菠萝纤维吸附剂，原材料易得，成本低廉，实现了菠萝皮渣的高附加值利用；2）生产工艺简单，可行性高：本作品采用的改性工艺简便易行，易于操作，吸附条件温和，吸附效率高，适宜于大规模投产；3）可开发系列高附加值衍生产品：本作品得到的产品，进行再加工后，可用于生产防毒面具、过滤剂等多功能、多领域的高附加值衍生产品。 先进性：1）使用方便，吸附容量大：作为农副产品的菠萝皮渣具有多孔性和良好的亲水性,经过改性处理制得的吸附剂，使用简便，无需借助大型仪器和设备，无需进行二次处理，吸附容量大；2）无毒无污染、可降解：使用本方法生产的菠萝皮渣吸附剂，具有良好的生物降解性，安全、无毒、绿色、环保，在提高经济效益的同时，又能有效解决环境污染；3）能耗低，可再生：传统的吸附材料设备成本、能耗较高，而本品无需借助大型仪器设备，可有效降低能耗。同时，菠萝皮渣吸附剂可以经过解吸实现循环利用。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股或合作开发
作品可展示的形式
- ✓实物、产品 ✓图片 ✓录像 ✓样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：改性菠萝皮渣纤维素吸附剂可用于重金属和染料污水行业的污水处理，本产品为颗粒状，使用只需加入按1g/1000mL加入到污水中，搅拌30min，过滤即为净化水。 技术特点和优势：1）加入琥珀酸酐改性，接上羧基官能团，具备对铜离子、镉离子和铅离子吸附能力；加入环氧氯丙烷和二甲胺改性，能吸附各种颜色染料；2）对铜离子、镉离子和铅离子的吸附容量为73.63mg/g、 115.78mg/g、244.55mg/g，对红、黄、蓝等颜色染料的吸附容量分别能达到97.2mg/g，81.7mg/g和89.2mg/g。 适用范围：本吸附剂适用于生活污水、纺织、印染等含有重金属离子和染料的废水净化处理。 推广前景：本产品所采用的原料为废弃的菠萝皮渣，来源丰富低廉；生产工艺易于控制、操作简单、所需设备少，易于实现工业化生产，所制备吸附剂吸附能力高，投资风险低，前景广阔。 市场分析：2008年我国污水的排放量达571.1亿t，2007年，全国染料、有机颜料产量合计95.32万t。
同类课题研究水平概述
- 纤维素改性制备吸附剂 王瑀等采用蔗渣纤维素、丙烯酸（AA） 、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（MAETAC）为原料，通过接枝共聚反应制备出一种新型纤维素吸附剂，该工艺条件下所得吸附剂对Cu2+ 的吸附量达25.1 mg/g。郝红英等采用植物秸秆为原料，借助高压蒸汽闪爆技术、稀碱蒸煮等方法得到具有一定α－纤维素含量的秸秆基纤维素，在此基础上进行碱化、醚化和胺基亲核取代反应，制备出对Cu2+ 和Cd2+ 等重金属离子具有优良吸附性能的乙二胺螯合植物秸秆纤维素，并对其吸附机理进行研究。结果表明，用蒸汽闪爆物理方法可以纯化天然植物秸秆纤维素，制备的吸附材料对金属铜离子、镉离子吸附规律基本符合Freundlish等温吸附式。 张玉霞等通过对芝麻杆纤维素醚化后与季铵盐反应制备了改性纤维素，研究了改性纤维素对废水中苯胺的吸附性能。苯胺的去除率可达93.2%。马希晨等以纤维素和癸二酸为原料、甲苯为溶剂、对甲苯磺酸为催化剂，进行酯化反应，反应产物再与正丁醇进行二次酯化，最后得到纤维素改性高吸油树脂――纤维素交联癸二酸正丁酯的合成工艺。吴文娟等以漂白浆板纤维素为原料，接枝丙烯酸制备高吸水性树脂。对单体用量、引发剂用量、中和度、反应温度等工艺条件进行了优化，确定了最佳合成条件，并用红外谱图表征了产物的结构。结果表明，合成的高吸水性树脂吸水率达550 g/g，且保水性能较好。获得合成此高吸水性树脂的最佳工艺条件。制备的高吸水性树脂，具有较好的吸水速率和保水性能。吸水后的树脂，经过干燥，仍具有吸水性，但随着再生次数的增加吸水性能递减。
