一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铜离子中的应用技术

本发明专利技术属于磁性吸附剂技术领域，公开了一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铜离子中的应用。本发明专利技术方法包括以下步骤：把硫酸亚铁和氯化铁溶于水中，预热，滴加氨水，75～95℃保温熟化2～3h；把碱木质素溶液、短链醇加入体系中，保温搅拌1～3h；分离，干燥；得到基于碱木质素的磁性纳米颗粒。本发明专利技术以来源丰富的碱木质素为供碳源，价格低廉，不仅降低了磁性材料的生产成本；通过控制木质素在磁性粒子表面的包载量，特别是对磁性纳米颗粒粒径的调控，提高其对铜离子的吸附性能，得到的基于碱木质素的磁性纳米颗粒具有结合力强、包载量大、对铜离子吸附能力强的优点，可应用于吸附铜离子中。

A magnetic nanoparticle based on alkali lignin and its preparation method and its application in adsorption of copper ions

The invention belongs to the technical field of magnetic adsorbents, and discloses a magnetic nanoparticle based on alkali lignin, a preparation method and an application in adsorbing copper ions. The method comprises the following steps: dissolving ferrous sulfate and ferric chloride in water, preheating, dropping ammonia water, holding temperature for 2-3 hours at 75-95 C, adding alkali lignin solution and short chain alcohol into the system, stirring for 1-3 hours, separating and drying, and obtaining magnetic nanoparticles based on alkali lignin. The alkali lignin with abundant sources is used as carbon source, and the cost is low, which not only reduces the production cost of magnetic materials, but also improves the adsorption performance of the alkali lignin-based magnetic nanoparticles by controlling the lignin encapsulation amount on the surface of the magnetic particles, especially by adjusting the particle size of the magnetic nanoparticles, so as to obtain the alkali lignin-based magnetic nanoparticles. Rice particles have the advantages of strong binding force, large encapsulation capacity and strong adsorption capacity for copper ions, and can be applied to the adsorption of copper ions.

【技术实现步骤摘要】
一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铜离子中的应用
本专利技术属于磁性吸附剂
，特别涉及一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铜离子中的应用。
技术介绍
磁性纳米材料在吸附、催化、药物载体、生物医学等领域具有广阔应用前景，但其应用的前提是功能高分子在颗粒表面上的修饰。国内外许多研究小组已经对此进行了成功的尝试，主要的修饰方法有吸附、原位合成等。一些高分子材料与纳米颗粒均匀混合后，通过调节溶液的pH值可使这些高分子与纳米颗粒表面携带相反电荷，通过静电吸引可使高分子吸附在纳米颗粒的表面。Peng等研究了不同pH值和盐浓度下Fe3O4纳米颗粒对牛血清蛋白BSA的吸附。研究发现，在等电点处，BSA分子与Fe3O4纳米颗粒间的斥力最小，吸附量最大。原位合成是高分子修饰磁性纳米粒子的常用方法之一。这种方法的特点是制备的磁性复合颗粒在溶液中较均匀，不容易团聚。Morneta等先配制了DNA结合Fe2+和Fe3+盐的复合物，然后通过滴加氨水使反应生成DNA修饰的Fe3O4纳米复合颗粒。木质素是地球上含量仅次于纤维素的生物高分子。据估计地球上每年合成的天然木质素大约有5～36×108吨，由制浆造纸工业产生的工业木质素每年超过5000万吨。由于分子结构十分复杂，木质素被认为是可再生资源中最难被利用的组分。目前国内外回收利用木质素的首要方法是燃烧，以获得热能。这种利用方法对木质素来说是一种浪费；其次，将木质素通过化学改性成表面活性剂，用作混凝土分散剂、缓释阻垢剂、农药分散剂、染料分散剂、水煤浆分散剂等各种助剂。虽然木质素表面活性剂应用涉及的行业很广，但每年大约只有100万吨的木质素开发为商品化产品，尤其是很少有使用碱木质素修饰磁性纳米颗粒的制备方法及应用报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法。本专利技术方法利用碱木质素的官能团，与Fe3O4结合制备碱木质素磁性纳米颗粒，扩大木质素的应用范围，提高木质素资源的附加价值，缓解资源短缺的矛盾。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的基于碱木质素的磁性纳米颗粒。本专利技术再一目的在于提供上述基于碱木质素的磁性纳米颗粒在吸附铜离子中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：把硫酸亚铁和氯化铁溶于水中，预热，滴加氨水，75～95℃保温熟化2～3h；把碱木质素溶液、短链醇加入体系中，保温搅拌1～3h；分离，干燥；得到基于碱木质素的磁性纳米颗粒。本专利技术方法中，各组分的用量配方如下，质量份计：碱木质素2～5份，短链醇10～25份，硫酸亚铁2.5～5份，氯化铁3～6份，氨水10～20。所述的碱木质素可为麦草碱木质素、松木碱木质素、杨木碱木质素、竹浆碱木质素中的至少一种。所述的短链醇可以为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的至少一种；优选为乙醇。所述保温熟化的温度更优选为85℃。所述保温熟化的时间更优选为3h。所用氨水的浓度优选为25％。所述滴加的速度优选为1滴/秒。所述碱木质素溶液的浓度优选为15～25wt％，更优选为20wt％。所述保温搅拌的时间优选为2h。所述碱木质素溶液、短链醇优选为滴加到体系中。更优选为碱木质素溶液、短链醇同时滴加到体系中。所述分离可利用磁体进行分离得到磁性颗粒。所述分离得到的材料可利用乙醇进行洗涤。所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为60℃。本专利技术材料以来源丰富的碱木质素为供碳源，价格低廉，不仅降低了磁性材料的生产成本。本专利技术还提供上述方法制备得到的基于碱木质素的磁性纳米颗粒。本专利技术材料具有结合力强、包载量大、对铜离子吸附能力强的优点。本专利技术方法通过控制木质素在磁性粒子表面的包载量，更关键在于对磁性纳米颗粒粒径的调控，提高其对铜离子的吸附性能，可应用于吸附铜离子中。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)碱木质素分子为空间网络结构，其分子骨架中含有多个官能团，容易在磁性纳米粒子表面形成牢固结合，使木质素在纳米粒子表面具有较大包载量；(2)碱木质素分子中含有大量的羟基、羧基等官能团，容易与Cu2+形成强烈的化学键。同时碱木质素结构较为松散，比表面积较大，因此对Cu2+具有良好的吸附性能；(3)本专利技术不仅利用碱木质素分子中的官能团，而且利用沉淀法制备的Fe3O4粒子中含有的无机O2-、OH-等强极性离子，可以与Cu2+形成强静电作用。碱木质素与Fe3O4粒子共同作用，进一步提高了对Cu2+的吸附性能。(4)本专利技术方法同时利用水和短链醇调节溶液的极性，利用碱木质素在非极性溶剂中溶解度降低的特点，合理增大了碱木质素在磁性颗粒表面的包载量；(5)碱木质素来源丰富，价格低廉。采用碱木质素修饰磁性纳米粒子，大大降低了磁性颗粒的生产成本，有效利用了可再生资源，具有绿色环保的优势。附图说明图1为实施例1所制备的碱木质素磁性纳米颗粒的红外光谱。图2为实施例1所制备的碱木质素磁性纳米颗粒的XRD图。图3为实施例1所制备的碱木质素磁性纳米颗粒的TG曲线。图4为实施例1所制备的碱木质素磁性纳米颗粒的粒径分布图。图5为实施例1所制备的碱木质素磁性纳米颗粒的磁滞回线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。实施例1将2.5g硫酸亚铁和3g氯化铁溶解在100mL的水中，转入四口烧瓶，在机械搅拌下升温至85℃，缓慢滴入10g的25％氨水溶液，滴加速度为1滴/秒。滴加完毕后，保温熟化3h。将2g麦草碱木质素溶解成10g水溶液后，与10g无水乙醇一起同时滴入上述反应体系中，滴加速度为1滴/秒，滴加完毕后保温搅拌2h。最后用永磁体分离出磁性颗粒，乙醇洗涤三次，60℃真空干燥，即得碱木质素磁性纳米颗粒。对其进行性能测试，结果如下。取1g碱木质素磁性纳米颗粒加入到100mL浓度为0.05mol/L的Cu2+溶液中，在20℃下置于固定摇速的摇床上震荡吸附。吸附结束后，在外磁场中将纳米颗粒磁分离5min，取上层清液，采用原子吸收光谱测定pH＝3.0，25℃时Cu2+的饱和吸附量为57.2mg/g。以市售碱木质素吸附剂作为对比例材料，其相同条件时Cu2+的饱和吸附量仅为25.3mg/g。图1为实施例1产品的红外光谱。其中，3400～3600cm-1处为-OH吸收峰，1200cm-1左右处为苯环特征吸收峰，而1672cm-1处为Fe-O的伸缩振动峰，632cm-1处的尖峰为Fe3O4的特征吸收峰。红外光谱表明，实施例1成功合成了碱木质素复合磁性纳米颗粒。图2为实施例1产品的XRD图。其中，入射角2θ＝30°、37°、58°及62°处的尖峰均为Fe3O4的衍射峰。说明此方法可以获得结构较为规整的磁性晶体。图3为实施例1产品的TG曲线。从图中可知，0～100℃之间为游离水的失重区间，100～400℃范围为碱木质素热解区间。当碱木质素热解结束后，磁性纳米颗粒的质量保留率约为80％左右，这说明碱木质素在磁性纳米颗粒表面具有一定的包载量，其表面具有丰富的木质素官能团，对颗粒的吸附性能有利。图4为实施例1产品的粒径分布曲线。由图中可看出，该专利技术制备的碱木质素磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：把硫酸亚铁和氯化铁溶于水中，预热，滴加氨水，75～95℃保温熟化2～3h；把碱木质素溶液、短链醇加入体系中，保温搅拌1～3h；分离，干燥；得到基于碱木质素的磁性纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：把硫酸亚铁和氯化铁溶于水中，预热，滴加氨水，75～95℃保温熟化2～3h；把碱木质素溶液、短链醇加入体系中，保温搅拌1～3h；分离，干燥；得到基于碱木质素的磁性纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于各组分的用量配方如下，质量份计：碱木质素2～5份，短链醇10～25份，硫酸亚铁2.5～5份，氯化铁3～6份，氨水10～20。3.根据权利要求1所述的基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的碱木质素为麦草碱木质素、松木碱木质素、杨木碱木质素、竹浆碱木质素中的至少一种。4.根据权利要求1所述的基于碱木质素的磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的短链醇为甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑大锋，管文康，邱学青，杨东杰，莫振业，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44