一种磁性木素基吸附剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于复合材料合成技术领域，涉及木素基吸附剂的制备方法，特别涉及一种磁性木素基吸附剂的制备方法及其应用。本发明专利技术首先采用溶剂热法制备磁性Fe3O4并用葡萄糖进行碳包覆，制得Fe3O4/C，然后通过水浴回流以木质素磺酸钙为主要原料复合Fe3O4/C，并用三乙烯四胺将复合材料进行胺化改性，从而制得磁性木素基吸附剂，可应用于废水污染吸附处理。木质素磺酸盐结构中有许多活性官能团，有一定的离子交换与吸附性能，通过磁性复合可制备出各种功能不一的磁性木素基吸附材料。本发明专利技术工艺流程简单、易于操作、原料易得、低廉，实现了合成工艺的绿色化和废弃物木质素磺酸钙的高效利用，能重复利用造纸废弃物，减小环境压力。并且吸附性能良好，适合工业化生产。

Preparation method and application of magnetic lignin based adsorbent

The present invention belongs to the field of composite material synthesis technology, and relates to the preparation method of lignin based adsorbent, in particular to a preparation method and application of magnetic lignin based adsorbent. The invention firstly uses the solvothermal synthesis of magnetic Fe3O4 and glucose carbon coating, prepared Fe3O4/C, and calcium lignosulfonate as the main raw materials of Fe3O4/C composite by water bath reflux, and with three ethylene amine four the composite material to the amination modification to prepare magnetic wood based adsorbent, which can be applied to the adsorption treatment waste water pollution. There are many active functional groups in the structure of lignosulfonate, which have certain ion exchange and adsorption properties. Magnetic composite materials with different functions can be prepared by magnetic composite. The invention has the advantages of simple process, easy operation, easy to get raw materials, low cost, to achieve the efficient use of the synthetic technology of green waste and calcium lignosulfonate, repeated use of paper-making waste, reduce environmental pressure. And the adsorption performance is good, suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性木素基吸附剂的制备方法及其应用
本专利技术属于复合材料合成
，涉及木素基吸附剂的制备方法，特别涉及一种磁性木素基吸附剂的制备方法及其应用。
技术介绍
目前，水污染已经非常严重，特别是染料与重金属离子的污染，吸附法是处理水污染比较简单方便的技术。由于磁性纳米颗粒自身具有较大的比表面积、较高的饱和磁化强度以及表面易功能化等优势，在医药、水处理等各领域得到广泛应用。Fe3O4纳米材料按照材质为无机金属纳米颗粒，是一种铁氧化物磁铁矿，易于制备，表面非常活跃，易于吸附和固定金属或配体；具有顺磁性，反应后可以通过磁性而分离，因此常用作吸附剂的复合基础材料。但由于Fe3O4性质不是很稳定，易于氧化，而且吸附性能不是很高，所以在应用的时候常常对其复合改性保护其磁性，提高吸附性能。碳纳米材料由于其良好的物化性能、热稳定性和酸碱稳定性，使其在作为包覆稳定和聚合物载体材料方面具有明显的优势。木质素磺酸盐来源于酸法制浆工艺中的亚硫酸盐法制浆，这种工艺应用广泛，是目前造纸工艺中占统治地位的工艺，木质素磺酸盐由于分子中磺酸基团的引入使它具有很好的水溶性，这大大提高了它的反应能力，因此，木质素磺酸盐是来源最丰富，应用最广泛的工业木质素。木质素磺酸盐的相对分子量分布很不均匀，在1000-20000之间。木质素磺酸盐是由50个苯丙烷单元构成的近似球状的三维网状结构体，它的中心部位是没有被磺化的原木质素的三维网络分子结构，中心外围分布着含有磺酸基的侧链。因此，木质素磺酸盐是具有三维网状结构的，分子中含有C9疏水骨架和磺酸基、羟基、羧基等亲水性基团的多分散性、热塑性高分子聚合物，它易溶于水，不溶于乙醇、丙酮等非极性有机溶剂，外观为深棕黄色粉末状物质，具有一定的表面活性和较强的分散性、粘结性，螯合性。木质素磺酸盐还具有较强的负电性与亲水性，在水溶液中具有良好的吸附分散性能，并因此广泛应用于许多领域，如染料分散剂、减水剂、表面活性剂、高分子加强剂、粘合剂、水处理剂等。木质素磺酸盐是造纸工业的主要副产物之一，仅我国木质素磺酸盐的年产量就有450万吨以上，虽然目前酸法制浆的工艺正逐步被其它更环保的制浆工艺所取代，但这不是一蹴而就的事情，因此，在今后相当长的一段时间里，依然会有大量的木质素磺酸盐产生。此外，碱木质素和硫酸盐木质素经过磺化反应后也能转变为木质素磺酸盐。因此，加强木质素磺酸盐的应用研究，拓宽它的应用范围，有利于节约资源和环境保护。如上所述，木质素磺酸盐的结构中具有许多活性官能团，本身具有一定的离子交换与吸附性能，通过磁性复合可以制备出各种功能不一的磁性木素基吸附材料，木素基吸附材料的研究将为木质素高值化利用提供一条新的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了对木质素磺酸盐改性，以提高其吸附能力。本专利技术首先采用溶剂热法制备磁性Fe3O4并用葡萄糖进行碳包覆，制得Fe3O4/C，然后通过水浴回流以木质素磺酸钙为主要原料复合Fe3O4/C，并用三乙烯四胺将复合材料进行胺化改性，从而制得磁性木素基吸附剂。本专利技术所述Fe3O4/C的合成方法为：称取3.27gFe3O4·6H2O与8.16gNaAC·3H2O加入到52.5mL的乙二醇中，磁力搅拌均匀，得到混合液A；称取1.5g木质素磺酸盐加入到52.5mL的乙二醇中，磁力搅拌均匀，得到混合液B；将混合液A加入到混合液B中，搅拌均匀，倒入150mL反应釜中，200℃反应12h；反应结束后，以去离子水、无水乙醇洗涤，60℃下真空干燥，得到黑色粉末Fe3O4；分别称取0.46g所制备的Fe3O4粉末与7.92g葡萄糖超声分散到80mL水中；加入到100mL反应釜中，180℃反应4h；反应结束后，以磁性分离，乙醇、去离子水洗涤，60℃下真空干燥，得到黑色粉末Fe3O4/C。本专利技术的技术方案如下：一种磁性木素基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、准确称取0.1～0.5g的Fe3O4/C，加去离子水于超声中分散均匀，配制成磁流体，其中Fe3O4/C的质量与去离子水的体积比例是0.1～0.5g:50mL，优选0.25g:50mL；步骤2、准确称取木质素磺酸盐加入去离子水，所述木质素磺酸盐质量与去离子水的体积比是4g:39mL，然后在60℃～90℃下机械搅拌，水浴回流30min，然后加入上述配制的磁流体，机械搅拌，继续水浴回流30min，得到混合液A；步骤3、向混合液A中加入三乙烯四胺，其中Fe3O4/C的质量与三乙烯四胺的体积比是0.1～0.5g:6mL，机械搅拌，水浴回流10min，得到混合液B；然后利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入交联剂，所述Fe3O4/C的质量与交联剂的体积比是0.1～0.5g:5mL，机械搅拌，水浴回流70～230min；步骤4、反应结束后，磁性分离，去离子水洗涤，得到灰褐色沉淀，60℃下真空干燥过夜，研磨得褐色粉末，置于干燥器中保存。本专利技术的一个较优公开例中，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。本专利技术的一个较优公开例中，所述交联剂为戊二醛。本专利技术的另外一个目的，在于将所制备的磁性木素基吸附剂应用于废水污染吸附处理。本专利技术以刚果红、铬兰黑染料溶液，模拟工业废水，将所制备的磁性木素基吸附剂应用于吸附实验。配制pH为7的浓度40mg·L-1的染料溶液，取一系列50mL染料溶液加入0.01g吸附剂，在25℃下分别吸附5～180min，离心分离取上清液测定其吸光度，根据如下公式计算相应的吸附量。qe=(C0-Ce)V/m其中：qe是吸附量；C0（mg·L-1）和Ce（mg·L-1）分别是染料的初始浓度和吸附平衡后的浓度；V（mL）是染料溶液的体积；m（g）是吸附剂的用量。本实验所用木质素磺酸钙为工业级，其他试剂皆为分析纯，均为市售。有益效果本专利技术工艺流程简单、易于操作、原料易得，成本低廉，同时还实现了合成工艺的绿色化和工业废弃物木质素磺酸钙的高效利用，能够重复利用造纸废弃物，减小环境压力。所制备的吸附剂吸附性能良好，适合工业化生产。附图说明图1实施例2样品的红外图。图2实施例2样品的XRD图。图3实施例2样品的扫描电镜图。图4实施例2样品的吸附效果图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。实施例1室温下，准确称取0.1g的Fe3O4/C，加入到100mL烧杯中，加50mL的去离子水于超声中分散均匀，配制成磁流体。然后，准确称取4g木质素磺酸盐，加入到250mL三口烧瓶中，加39mL的去离子水，然后在60℃下机械搅拌，水浴回流30min。然后，将上述配制的磁流体加入到其三口烧瓶中，机械搅拌，继续水浴回流30min。然后向上述混合液中加入6mL三乙烯四胺，机械搅拌，水浴回流10min后，利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入5mL交联剂，机械搅拌，水浴回流70min。反应结束后，磁性分离，去离子水洗涤，得到灰褐色沉淀，60℃下真空干燥过夜，研磨得褐色粉末，放在干燥器中保存。实施例2室温下，准确称取0.25g的Fe3O4/C，加入到100mL烧杯中，加50mL的去离子水于超声中分散均匀，配制成磁流体。然后，准确称取4g木质素磺酸盐，加入到250mL三口烧瓶中，加39mL的去离子水，然后在60℃下机械搅拌，水浴回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性木素基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、准确称取0.1～0.5g的Fe3O4/C，加去离子水于超声中分散均匀，配制成磁流体，其中Fe3O4/C的质量与去离子水的体积比例是0.1～0.5g : 50mL；步骤2、准确称取木质素磺酸盐加入去离子水，所述木质素磺酸盐质量与去离子水的体积比是4g : 39mL，然后在60℃～90℃下机械搅拌，水浴回流30min，然后加入上述配制的磁流体，机械搅拌，继续水浴回流30min，得到混合液A；步骤3、向混合液A中加入三乙烯四胺，其中Fe3O4/C的质量与三乙烯四胺的体积比是 0.1～0.5g : 6mL，机械搅拌，水浴回流10min，得到混合液B；然后利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入交联剂，所述Fe3O4/C的质量与交联剂的体积比是0.1～0.5g : 5mL，机械搅拌，水浴回流70～230min；步骤4、反应结束后，磁性分离，去离子水洗涤，得到灰褐色沉淀，60℃下真空干燥过夜，研磨得褐色粉末，置于干燥器中保存。

【技术特征摘要】
1.一种磁性木素基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、准确称取0.1～0.5g的Fe3O4/C，加去离子水于超声中分散均匀，配制成磁流体，其中Fe3O4/C的质量与去离子水的体积比例是0.1～0.5g:50mL；步骤2、准确称取木质素磺酸盐加入去离子水，所述木质素磺酸盐质量与去离子水的体积比是4g:39mL，然后在60℃～90℃下机械搅拌，水浴回流30min，然后加入上述配制的磁流体，机械搅拌，继续水浴回流30min，得到混合液A；步骤3、向混合液A中加入三乙烯四胺，其中Fe3O4/C的质量与三乙烯四胺的体积比是0.1～0.5g:6mL，机械搅拌，水浴回流10min，得到混合液B；然后利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入交联剂，所述Fe3O4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹莹，李小环，丁永梅，王义军，王晓红，郝臣，高海文，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32