一种硼酸吸附材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硼酸吸附材料，其特征在于,其原料包括如下重量配比的组分：单宁酸：1～5份；木质素磺酸盐：1～5份；阳离子聚合物0.05～0.5份。本发明专利技术将生物质材料木素作为载体，单宁酸作为吸附功能单体，阳离子聚合物作为中间体，采用自组装的方式，将三者交联在一起，制备一种生物基硼酸吸附材料。这种吸附材料具有一定的纳米孔结构，碱性条件下，周围环境中的硼酸可以流入孔结构，接触材料内茶多酚表面的邻苯二酚，从而生成硼酸酯，达到吸附硼酸的目的，而酸性条件下，这种硼酸酯可以发生解离，从而达到吸脱附硼酸，有效分离硼酸的目的。

A boric acid adsorption material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸吸附材料及制备方法
本专利技术涉及一种硼酸吸附材料及制备方法。
技术介绍
近年来，随着淡水资源的污染以及人类对淡水资源日益增长的需求，海水淡化成为解决上述问题的重要措施之一。在海水淡化过程中，脱盐率是一个重要的衡量指标，其方法主要包括冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法以及离子交换法等，通过以上方法的单一或混合使用，可以去除海水中的大部分二价盐，然而由于海水中的硼酸浓度较低，并且其分子直径较小，很难通过以上方法降到《生活饮用水卫生标准》0.5mg/L的要求，而且适当的硼酸有利于植物生长以及人类身体健康，因此，海水淡化过程中，去除过量硼酸并加以回收，是同时满足海水淡化及人类需求的重要途径。硼酸是弱酸，25℃时，其酸度系数PKa为9.24，在大于8.0的碱性海洋环境中，通常会与水的氢氧根结合，以B(OH)4的形式存在。现有研究报导中，较为有效的硼酸去除方法主要吸附法。吸附法，是利用具有多孔性，比表面积大的固体吸附剂将溶液中的一种或多种组分吸附在吸附剂表面或微孔内的一种吸附分离方法，主要包括物理吸附，化学吸附或两者的结合，显然，由于物理吸附法是通过吸附剂与吸附质之间的范德华引力吸引吸附质，因此存在吸附选择性低的缺点，因此并不能同时满足海水淡化除硼及回收的要求，而化学吸附法是通过吸附质和吸附剂之间的化学反应将吸附质固定在吸附剂表面，因此吸附选择性高，再通过一定的方法对其分离，便可同时达到吸附与回收的双重目的。目前，采用化学吸附分离回收硼酸较为有效的方法是也是利用硼酸在碱性海水中的存在形式，使其与吸附剂表面负载的邻羟基发生酯化反应进行，并通过酸性调节使其解离，达到回收的目的。其骨架材料包括环糊精，生物质碳气凝胶，单宁酸凝胶，改性活性炭，聚丙烯腈纳米纤维或膜，有机纳米材料等，以上吸附剂对硼酸的吸附量最高可以达到35.1mg/g。然而，上述吸附剂合成工艺较为复杂，难以满足大批量海水淡化的要求，并且吸附剂制备过程中由于提纯，分离等过程可能会对环境造成二次污染，因此，这就对海水淡化吸附材料提出更高的要求。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)。为解决上述技术问题，本专利技术的首要目的是，提供一种硼酸吸附材料，其原料包括如下重量配比的组分：单宁酸：1～5份；木质素磺酸盐：1～5份；阳离子聚合物0.05～0.5份。优选的，所述阳离子聚合物为表面含有正电荷的化合物。优选的，所述阳离子聚合物为阳离子聚丙烯酰胺或壳聚糖。优选的，所述阳离子聚丙烯酰胺溶解在4％的乙醇水溶液中，浓度为2‰。优选的，所述壳聚糖溶解在5％的醋酸水溶液中，浓度为1.6％。优选的，所述单宁酸，木质素磺酸盐和阳离子聚合物的用量为绝干用量。本专利技术的又一目的是提供一种如上所述的硼酸吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.将单宁酸和木质素磺酸盐分别溶于蒸馏水中，完全溶解后混合，搅拌至均匀；S2.向混合溶液中加入阳离子聚合物溶液，搅拌至出现大量絮凝状物质并且不再增加为止；S3.静置2h；S4.去除上层清液，将沉淀物在5000r/min的条件下离心分离5min；S5.去除上层清液，将沉淀物用清水洗涤3次；S6.真空冷冻干燥48h。优选的，混合温度为25℃。优选的，所述阳离子聚合物溶液为阳离聚丙烯酰胺溶液。优选的，所述阳离子聚合物溶液为逐滴加入。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：1、现有吸附剂对硼酸的吸附主要针对高浓吸附，并且吸附材料本身及制备过程未达到绿色环保的要求，本专利技术利用生物质资源作为基质材料，水作为制备过程反应溶剂或分散剂，有效解决了上述问题。2、本专利技术根据海水中的硼酸浓度范围，达到有效吸附低浓硼酸的目的。3、在众多生物质资源中，由于单宁酸中的邻苯二酚结构，可与硼酸在碱性条件下反应生成硼酸酯，因此可作为吸附硼酸的功能单体(图1)，然而单一的单宁酸吸附硼酸后难与水分离，因此并不能达到海水淡化过程中对硼酸吸附材料的综合要求。由于木质素是三种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，其与单宁酸表面均显示负电荷，因此，如果采用一种阳离子聚合物将三者通过静电作用结合在一起，在单宁酸发挥吸附功能单体的条件下，木素作为载体，不仅可以使聚合物达到较高的吸附硼酸的目的，而且吸附后可以达到有效的分离回收。4、本专利技术将生物质材料木质素作为载体，单宁酸作为吸附功能单体，阳离子聚合物作为中间体，采用自组装的方式，将三者交联在一起，制备一种生物基硼酸吸附材料。这种吸附材料具有一定的纳米孔结构，碱性条件下，周围环境中的硼酸可以流入孔结构，接触材料内茶多酚表面的邻苯二酚，从而生成硼酸酯，达到吸附硼酸的目的，而酸性条件下，这种硼酸酯可以发生解离，从而达到吸脱附硼酸，有效分离硼酸的目的。5、本专利技术使用的木质素磺酸盐是一种生物质资源，具有廉价可再生的特点。说明书附图图1为邻苯二酚对硼酸的吸附机理。图2为生物基硼酸吸附材料的扫描电镜图。图3为单宁酸单独吸附硼酸。具体实施方式本专利技术中采用购买市售商品所得。下面对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种硼酸吸附材料，其原料包括如下重量配比的组分：单宁酸：1～5份；木质素磺酸盐：1～5份；阳离子聚合物0.05～0.5份。作为具体实施例的改进，所述阳离子聚合物为表面含有正电荷的化合物。作为具体实施例的改进，所述阳离子聚合物为阳离子聚丙烯酰胺或壳聚糖。作为具体实施例的改进，所述阳离子聚丙烯酰胺溶解在4％的乙醇水溶液中，浓度为2‰。作为具体实施例的改进，所述壳聚糖溶解在5％的醋酸水溶液中，浓度为1.6％。作为具体实施例的改进，所述单宁酸，木质素磺酸盐和阳离子聚合物的用量为绝干用量。本专利技术还提供一种如上所述的硼酸吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.将单宁酸和木质素磺酸盐分别溶于蒸馏水中，完全溶解后混合，搅拌至均匀；S2.向混合溶液中加入阳离子聚合物溶液，搅拌至出现大量絮凝状物质并且不再增加为止；S3.静置2h；S4.去除上层清液，将沉淀物在5000r/min的条件下离心分离5min；S5.去除上层清液，将沉淀物用清水洗涤3次；S6.真空冷冻干燥48h。作为具体实施例的改进，混合温度为25℃。作为具体实施例的改进，所述阳离子聚合物溶液为阳离聚丙烯酰胺溶液。作为具体实施例的改进，所述阳离子聚合物溶液为逐滴加入。将一定量单宁酸和木质素磺酸盐分别溶于蒸馏水中，25℃条件下搅拌均匀，使其完全溶解，配成一定质量浓度的溶液，然后将其混合，在机械搅拌作用下搅拌均匀，向以上混合溶液中逐滴加入阳离聚丙烯酰胺溶液，继续搅拌，待混合溶液中逐渐出现絮凝状物质并且不再增加为止。将产物沉淀静置2h，去除上层清液，将沉淀物在5000r/min的条件下离心分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硼酸吸附材料，其特征在于,其原料包括如下重量配比的组分：/n单宁酸：1～5份；木质素磺酸盐：1～5份；阳离子聚合物0.05～0.5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种硼酸吸附材料，其特征在于,其原料包括如下重量配比的组分：
单宁酸：1～5份；木质素磺酸盐：1～5份；阳离子聚合物0.05～0.5份。


2.根据权利要求1所述的一种硼酸吸附材料，其特征在于,所述阳离子聚合物为表面含有正电荷的化合物。


3.根据权利要求1所述的一种硼酸吸附材料，其特征在于,所述阳离子聚合物为阳离子聚丙烯酰胺或壳聚糖。


4.根据权利要求3所述的一种硼酸吸附材料，其特征在于,所述阳离子聚丙烯酰胺溶解在4％的乙醇水溶液中，浓度为2‰。


5.根据权利要求3所述的一种硼酸吸附材料，其特征在于,所述壳聚糖溶解在5％的醋酸水溶液中，浓度为1.6％。


6.根据权利要求1所述的一种硼酸吸附材料，其特征在于,所述单宁酸，木质素磺酸盐和阳离子聚合物的用量为绝干用量。

【专利技术属性】
技术研发人员：夏南南，孔凡功，荆壬，张慧亚，胡自豪，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37