一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，搅拌均匀后，在微波辅助下，在1‑3分钟内升温至50‑120℃，进行反应，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入反向溶剂中，搅拌10‑120分钟，随后静置6‑72小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗至pH值呈中性，并进行干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。本发明专利技术通过使用不会对环境、人体造成毒害的反向溶剂对木质素、聚乙烯亚胺进行再生得到木质素基阴离子染料吸附剂，再生过程时间短，所得到的木质素基阴离子染料吸附剂容易洗脱且纯度高。

A lignin based anionic dye adsorbent and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术属于生物质资源高值化利用领域，具体涉及一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
木质素是自然界中一种丰富的、可再生的天然芳香族高分子化合物，在自然界的产量仅次于纤维素。由于植物种类、生长条件、提取方法等不同，分离的木质素结构也存在很大的差别，其中，以结构表征为目的而分离的木质素称为原本木质素，工业水平分离的木质素称为工业木质素。造纸黑液是工业木质素的主要来源，全球每年产量约为七千万吨。但在实际的工业生产中，由于生物质原料来源广泛、生产工艺复杂，在各种化学试剂的剧烈反应下，木质素的结构发生了严重改变且不均一，因此，仅有2％的工业木质素得到了很好的利用，而大部分回收的木质素被用来燃烧发电。这不仅造成了资源的极大浪费，也对环境造成了破坏，因此，需要寻找一条可以有效利用木质素的途径以代替燃烧利用。我国作为一个工业制造大国，每年在印染领域的废水排放量约为30亿立方米左右。染料废水被认为是极难处理的污染物之一，由于其具有易扩散的特点，没有经过处理的印染废水直接排放进自然界中会造成大面积的水体污染。染料根据来源分为天然染料和人工合成染料，其中人工合成染料具有产量高、种类多、色泽鲜艳、耐洗、耐晒等优点，在实际生活中被广泛应用。根据染料在水溶液中所呈现的离子状态不同可分为阴离子型染料(酸性染料)、阳离子型染料(碱性染料)和中性染料，其中阴离子染料主要用在蛋白纤维材质的染整上。染料废水污染不但影响到了水生生物的生存环境，同时也影响到了陆生生物的健康，为了解决染料对水体的污染，近年来国内外也提出了很多方法，例如电化学法、光催化法、生物氧化法、离子交换、电渗析、电解、浮选、泡沫分离、膜分离、吸附法等。其中吸附法作为一种原材料来源广泛、操作简单、吸附量大的方法而备受关注，成为了近年来染料废水治理的主流方法之一。聚乙烯亚胺作为目前已知的具有最高电荷密度的阳离子聚合物，其分子链上含有大量的伯、仲、叔胺基官能团，在将聚乙烯亚胺固定在木质素表面后，可以以离子交换、静电、螯合和配位等多种方式结合废水中的污染物，用于工业废水的处理。木质素与聚乙烯亚胺的连接需通过甲醛、戊二醛等醛类物质进行化学交联，在这一过程中，醛类物质会对环境造成二次污染。因此，需要通过改变木质素与聚乙烯亚胺之间的连接方式，避免醛类交联剂的使用。木质素作为吸附剂载体，聚乙烯亚胺作为接枝物提供阳离子电荷，在微波辐射诱导作用下，木质素和聚乙烯亚胺产生自由基，随后在反向溶剂中，通过自由基聚合及静电自组装原理得到木质素基阴离子染料吸附剂。本专利技术制备的木质素基阴离子染料吸附剂在较短时间内对阴离子型染料具有较大的吸附能力，可有效减少吸附剂用量并缩短吸附时间，且性质稳定，在实现木质素高值化利用的同时，可有效改善染料废水对环境的污染。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种木质素基阴离子染料吸附剂及其制备方法和应用。该制备方法操作简单，且使用的碱性溶液、反向溶剂不会对环境、人体造成毒害。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：依据本专利技术提出的一种木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，搅拌均匀后，在微波辅助下，在1-3分钟内升温至50-120℃，进行反应，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入反向溶剂中，搅拌10-120分钟，随后静置6-72小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗至pH值呈中性，并进行干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现：优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述制备方法包括以下步骤：将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，于200-1000rpm下搅拌均匀后，在微波辅助下，在1.5分钟内升温至50-90℃，进行反应10-60分钟，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入有机溶剂中，于200-1000rpm下搅拌10-60分钟，随后静置12-48小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗1-20次至pH值呈中性，并进行冷冻干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述制备方法包括以下步骤：将质量比为1.0:0.2-5.0的木质素、聚乙烯亚胺依次溶于pH值为10.0-13.0的碱性溶液中，于300-600rpm下搅拌均匀后，在微波辅助下，在1.5分钟内升温至50-90℃，进行反应10-40分钟，得到黑色溶液，将黑色溶液以0.1-1.0L/h的滴加速率逐滴滴入有机溶剂中，于300-600rpm下搅拌10-60分钟，随后静置12-48小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗6-10次至pH值呈中性，并冷冻干燥24-72小时，得到木质素基阴离子染料吸附剂。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述木质素为工业木质素；较优选的，所述木质素选自碱木质素、木质素磺酸盐、预水解液木质素、有机溶剂木质素和全溶木质素中的至少一种；更优选的，所述木质素为碱木质素及木质素磺酸盐。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述木质素与聚乙烯亚胺的质量比为1.0:0.5-2.0。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇、四氢呋喃和丙酮中的至少一种；较优选的，所述有机溶剂为无水乙醇或异丙醇。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、氢氧化铝溶液和氢氧化钡溶液中的至少一种；较优选的，所述碱性溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述碱性溶液的pH值为11.5-13.0。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述微波的功率不大于660w；更优选的，所述微波的功率不大于200w。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述滴加速率为0.2L/h。优选的，前述木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其中所述冷冻干燥的时间为36小时。依据本专利技术提出的一种木质素基阴离子染料吸附剂，所述的木质素基阴离子染料吸附剂可通过上述任一项所述的方法制备，木质素基阴离子染料吸附剂Zeta电位为24.2mV，比表面积为1.66m2g-1。依据本专利技术提出的一种木质素基阴离子染料吸附剂在染料废水处理中的应用。优选的，前述的应用，其中所述染料为阴离子染料；更优选的，所述染料为氨基黑10B或活性红120。优选的，前述的应用，其中所述木质素基阴离子染料吸附剂对氨基黑10B的去除率达到56.5％-99.1％，对活性红120的去除率达到50.8-98.5％。本专利技术所述的制备方法中，木质素作为吸附剂载体，聚乙烯亚胺作为接枝物提供阳离子电荷，在微波辐射诱导作用下，木质素和聚乙烯亚胺产生自由基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，搅拌均匀后，在微波辅助下，在1-3分钟内升温至50-120℃，进行反应，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入反向溶剂中，搅拌10-120分钟，随后静置6-72小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗至pH值呈中性，并进行干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质素基阴离子染料吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，搅拌均匀后，在微波辅助下，在1-3分钟内升温至50-120℃，进行反应，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入反向溶剂中，搅拌10-120分钟，随后静置6-72小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗至pH值呈中性，并进行干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将木质素、聚乙烯亚胺依次溶于碱性溶液中，于200-1000rpm下搅拌均匀后，在微波辅助下，在1.5分钟内升温至50-90℃，进行反应10-60分钟，得到黑色溶液，将黑色溶液逐滴滴入有机溶剂中，于200-1000rpm下搅拌10-60分钟，随后静置12-48小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗1-20次至pH值呈中性，并进行冷冻干燥，得到木质素基阴离子染料吸附剂。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将质量比为1.0:0.2-5.0的木质素、聚乙烯亚胺依次溶于pH值为10.0-13.0的碱性溶液中，于300-600rpm下搅拌均匀后，在微波辅助下，在1.5分钟内升温至50-90℃，进行反应10-40分钟，得到黑色溶液，将黑色溶液以0.1-1.0L/h的滴加速率逐滴滴入有机溶剂中，于300-600rpm下搅拌10-60分钟，随后静置12-48小时，离心分离后得到黄棕色固体和棕红色液体，将黄棕色固体清洗6-10次至pH值呈中性，并冷冻干燥2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙润仓，王双飞，施晓旦，李宜静，袁同琦，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21