一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂及其制备与应用。本发明专利技术将四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素加入到水中，水热反应制备得到磁性木质素酚醛纳米球。相比于现存的制备的磁性木质素基吸附剂，利用水热法制备的磁性木质素酚醛纳米球粒度小，具有较高的比表面积，且球形易于扩散，其表面的活性位点可以与染料或者重金属离子充分接触，吸附效果更佳，在废水处理领域具有巨大潜在的应用前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂及其制备与应用


[0001]本专利技术属于木质素功能材料领域，具体涉及一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂及其制备与应用。

技术介绍

[0002]水是人类赖以生存和发展的宝贵资源，如今随着工业化进程的快速发展，水污染问题的控制与治理已然成为世界范围的难题。冶金、采矿、电镀、化肥、制革、电池、造纸、农药、印染等工业生产过程中产生的有毒染料和含重金属离子的废水，这些在自然条件下难以降解，排放到环境中会造成不同程度的水污染，对生物多样性和其他水生生态系统以及人类健康构成严重威胁。目前常用的废水处理技术有反渗透法、催化氧化法、化学沉淀法、吸附法等。其中吸附法由于简单易操作、环境友好又经济等诸多优点成为一种高效处理废水的方法。
[0003]纳米材料不仅具有良好的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特性，而且纳米材料的比表面积大，表面活性高，使其在催化、生物、医药、光学、吸附等领域均有着广泛的应用。生物基纳米材料因其价格低廉、来源丰富和易于表面改性等独特的优势，成为废水处理的理想材料。
[0004]木质素作为自然界含量仅次于纤维素的第二大天然高分子，每年由制浆造纸以及生物乙醇工业产生大量木质素副产物，除少量被合理利用外，绝大部分都作为废弃物焚烧，其不合理的利用不仅造成大量资源浪费，同时也增加了环境污染。木质素富含酚羟基、醇羟基、羧基、甲氧基等多种活性基团，这些活性基团不仅可以吸附染料中的有色物质，还可以吸附废水中的重金属离子，对废水处理起到非常大的作用。木质素无毒，生物相容性好，可生物降解，在多功能材料领域拥有良好的应用前景。将木质素加工成纳米材料，能够有效地改善木质素的一些基本特性，为木质素的应用提供了一种新的途径。但是木质素不稳定，在碱性条件易溶解，这也限制了木质素基吸附剂的广泛应用。而酚醛树脂因其优异的耐火性、耐热性、耐水性及良好的化学稳定性，在国防、建筑、工业、交通等领域占据重要位置。木质素含有酚羟基、醛基等官能团，可以代替部分酚醛原料合成木质素酚醛树脂，既可以降低生产成本，还能有效降低酚醛树脂中的毒性成分，又可以达到废弃物利用的目的，且经过高温固化以后，耐高温，在酸碱条件下都非常稳定。然而，吸附剂处理废水同时又具有难分离的缺点。因此，如何制备一种结构稳定性、高效吸附和可快速分离的吸附剂是目前有待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法。
[0006]本专利技术以酚类、木质素、六亚甲基四胺为原料，首次采用水热法制备出尺寸可控的磁性木质素酚醛纳米球，通过高温固化形成稳定共价键结构，提高木质素酚醛磁性纳米球
的稳定性。该制备工艺路线简捷，操作简单，制备的木质素酚醛磁性纳米球不仅尺寸均一，且固化后的纳米球耐酸耐碱，能均匀地分散在水、乙醇、丙酮等有机溶剂中。木质素酚醛磁性纳米球可以作为吸附剂吸附废水中的有机染料和重金属离子，且可以通过利用外部磁铁快速回收，经过乙醇解吸脱附，过滤干燥后该吸附剂还可以重复循环使用。木质素的加入能够降低酚醛纳米球的粒径，同时增加活性位点提高其吸附能力。
[0007]本申请另一目的在于提供上述方法制得的一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供上述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂在有机染料和重金属离子吸附领域的应用。
[0009]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素加入到水中，混合均匀，在100～160℃下反应6～12h，结束反应，洗涤，干燥，得到磁性木质素酚醛纳米球吸附剂。
[0012]优选地，所述四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素的比例为：0.1～0.5g：0.025～0.2mmol：0.025～1mmol：0.025～0.1g；更优选为0.1～0.4g：0.05～0.2mmol：0.025～1mmol：0.025～0.1g；最优选为0.25g：0.05mmol：0.025mmol：0.05g。
[0013]优选地，所述四氧化三铁纳米粒子和水的比例为：0.1～0.5g：20～40mL；更优选为0.1～0.4g：20～40mL。
[0014]优选地，所述四氧化三铁纳米粒子由以下方法制得：
[0015]将二价铁盐和三价铁盐混溶于水中，于70～90℃下加入氨水并反应10～20min后，加入酸，继续反应5～10h，结束反应，分离，洗涤，干燥，得到Fe3O4纳米粒子。
[0016]更优选地，所述二价铁盐和三价铁盐的摩尔比为1～3：2～6；所述二价铁盐和氨水、酸的比例为5～15mmol：20～60mL：40～120mmol。
[0017]更优选地，所述二价铁盐为FeCl2·
4H2O，三价铁盐为FeCl3·
6H2O；所述三价铁盐在水中的浓度为0.1～0.3mol/L；所述酸为柠檬酸、植酸和草酸中的至少一种；所述洗涤指用水和乙醇洗涤1～5次，所述干燥的温度为60～80℃，时间为10～12h。
[0018]优选地，所述酚为苯酚、间苯二酚和邻苯二酚中的至少一种。
[0019]优选地，所述木质素为碱木质素、胺化木质素、木质素磺酸盐和木质素羧酸盐中的至少一种；所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁中的至少一种；所述木质素羧酸盐为木质素羧酸钠、木质素羧酸钙和木质素羧酸镁中的至少一种。
[0020]优选地，所述混合均匀指在60～65℃下充分搅拌10～30min。
[0021]所述洗涤指用无水乙醇和蒸馏水清洗；所述干燥的温度为60～80℃，时间为10～12h。
[0022]上述制备方法制得的一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂。
[0023]上述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂在有机染料和重金属离子吸附领域的应用。
[0024]优选地，所述有机染料为罗丹明B和亚甲基蓝中的至少一种；所述重金属离子为Cr(VI)、Cu
2+
和Pb
2+
中的至少一种。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0026](1)本专利技术采用水热法制备尺寸均一的木质素酚醛磁性纳米球，固化后的木质素
酚醛磁性纳米球耐酸耐碱，能很好地分散在水、乙醇、丙酮等溶剂中。通过控制酚类和六亚甲基四胺的用量，可以达到尺寸可控的目的；引入木质素能够减小酚醛树脂微球粒径，提高活性吸附位点，赋予磁性小球优异的吸附性能，且该吸附剂可以通过外加磁场快速从水溶液中分离，经过乙醇解吸脱附还可以多次循环使用。
[0027](2)相比于现存的制备的磁性木质素基吸附剂，利用水热法制备的磁性木质素酚醛纳米球粒度小，因此具有较高的比表面积，且球形易于扩散，其表面的活性位点可以与染料或者重金属离子充分接触，吸附效果更佳，将制备的吸附剂置于染料或重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素加入到水中，混合均匀，在100～160℃下反应6～12h，结束反应，洗涤，干燥，得到磁性木质素酚醛纳米球吸附剂。2.根据权利要求1所述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素的比例为0.1～0.5g：0.025～0.2mmol：0.025～1mmol：0.025～0.1g。3.根据权利要求1所述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米粒子、酚、六亚甲基四胺和木质素的比例为0.1～0.4g：0.05～0.2mmol：0.025～1mmol：0.025～0.1g。4.根据权利要求1所述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，其特征在于，所述酚为苯酚、间苯二酚和邻苯二酚中的至少一种；所述木质素为碱木质素、胺化木质素、木质素磺酸盐和木质素羧酸盐中的至少一种；所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸镁中的至少一种；所述木质素羧酸盐为木质素羧酸钠、木质素羧酸钙和木质素羧酸镁中的至少一种。5.根据权利要求1所述一种磁性木质素酚醛纳米球吸附剂的制备方法，其特征在于，所述四氧化三铁纳米粒子由以下方法制得：将二价铁盐和三价铁盐混溶于水中，于70～...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑大锋，陈石林，杨东杰，石志涛，谭振荣，岑秋兰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：