[發明專利]一種木素基金屬離子吸附材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711445136.3
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN107876032A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 孔凡功;夏南南;吳芹;王守娟;孫浩東;劉忠明;趙鑫;陳洪雷
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/24;B01J20/30;B01J19/08;B01J19/12;C02F1/28;C02F1/52;C02F1/56;C02F101/20
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司37100
• 代理人: 劉凱

技術領域

本發明涉及材料科學技術領域，具體地說是一種木素基金屬離子吸附材料及其制備方法。

背景技術

重金屬是一種比較穩定的元素，他能通過生物鏈富集進入人體，并且人體不能通過新陳代謝將其排出，因此在較低的濃度下就可能對生態系統造成消極的影響。當前的重金屬離子主要來自于如電鍍，蓄電池，涂料，塑料，造紙工業和化學產品的生產過程中所排放的廢水。

針對以上工業生產中排放的廢水，目前的治理方法主要包括：還原－沉淀法、吸附法和離子交換法等，其中還原－沉淀法因存在沉淀難以處理，易造成二次污染，處理成本較高等缺陷，在應用方面受到了很大的限制。離子交換法和吸附法由于具有離子交換劑和吸附劑的多樣性，可實現高效、低成本等優點而成為目前廣受關注的處理重金屬廢水比較多的方法。可用作離子交換劑的材料主要包括離子交換纖維和離子交換樹脂，可用作吸附劑的材料有活性炭、殼聚糖、活性鋁、粉煤灰、骨碳、纖維素基吸附材料等，然而傳統的離子交換樹脂和天然吸附劑雖然在重金屬的處理方面得到廣泛的應用，并實現高效、低成本的優點，但其主要吸附機理為物理吸附，吸附選擇性較低，存在后期重金屬離子與其它同性電荷離子難以分離的問題，因此在一定程度上也限制了其應用。因此，對天然吸附材料進行改性，在天然吸附材料表面接枝對某一種特定物資具有吸附功能的特征官能團，成為改變吸附劑吸附方式，提高吸附劑吸附選擇性的主要方法。

在眾多天然生物質資源中，木素是由三醇單體(對香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一種復雜酚類聚合物，同時含有多種活性官能團，如羥基、羰基、羧基、甲基及側鏈結構等。主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。在木本植物中，木質素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物。因此，將木素作為具有吸附重金屬功能的新型生物基材料成為解決上述問題的重要方案。

發明內容

本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種木素基金屬離子吸附材料及其制備方法。

本發明的一種木素基金屬離子吸附劑，該吸附劑是利用木素作為基體材料，在等離子體放電的引發作用下，使木素表面產生大量自由基，并在微波的輔助作用下，采用自由基引發接枝共聚的方式將重金屬離子螯合劑接枝到木素表面，制備得到具有重金屬吸附功能的木素基吸附劑。該具有重金屬吸附功能的木素基吸附劑在重金屬的吸附過程中加入陽離子聚合物作為絮凝劑，使吸附有重金屬的改性木素團聚，達到分離的目的。

本發明的一種木素基金屬離子吸附材料的制備方法是：將木素置于低溫等離子體反應腔中進行低溫等離子體處理，然后將處理后的木素配成木素水溶液后，將木素水溶液置于微波反應器中，在攪拌作用下，向微波反應器中分別加入引發劑和功能單體，控制微波反應器的反應溫度和反應時間，反應結束后，用蒸餾水反復洗滌反應產物，并烘干直到產物恒重，即得木素基金屬離子吸附材料。

具體制備方法是：取1～10份重量份的木素置于低溫等離子體反應腔中進行低溫等離子體處理，低溫等離子體的處理條件是：電壓為100～150V，真空度1000～1800Pa，放電時間50～150s，然后將處理后的木素配成質量濃度為10%～50%的水溶液后，將木素水溶液置于微波反應器中，在攪拌作用下，向微波反應器中加入引發劑和0.5～5份重量份的重金屬離子螯合單體作為功能單體，控制微波反應器的反應功率為100W～400W，反應時間為2min～30min，反應溫度為30～60℃，反應結束后，用蒸餾水反復洗滌反應產物三次，并置于60℃烘箱中烘24h，直到產物恒重，即得木素基金屬離子吸附材料。

木素采用在自然界的生物質資源中所提取的木素，包括水溶性木素的和非水溶性木素。

引發劑采用過硫酸銨、硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀、硝酸鈰銨中的一種或一種以上的混合物。

功能單體采用多乙烯多胺、含有乙烯基的有機酸、含有乙烯基的硫醇類化合物中的一種或一種以上的混合物。

多乙烯多胺采用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或一種以上的混合物。

含有乙烯基的有機酸采用丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或一種以上的混合物。

含有乙烯基的硫醇類化合物采用烯丙硫醇。

所制得的木素基金屬離子吸附材料在重金屬的吸附過程中加入陽離子聚合物作為絮凝劑，使吸附有重金屬的改性木素團聚，達到分離的目的；陽離子絮凝劑采用陽離子聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、殼聚糖中的一種或一種以上的混合物。

本發明與現有技術相比所產生的有益效果是：