[发明专利]一种壳核型磁性木质素改性酚醛微球吸附剂及其制备方法

说明书

本发明属于功能材料技术领域，主要涉及以木质素改性酚醛树脂在酸性条件下制备壳核型磁性复合树脂微球吸附剂的方法。该方法包括以下步骤：首先制备出磁性四氧化三铁微粒和木质素酚醛树脂，按一定的比例将四氧化三铁与木质素酚醛混合均匀，加入一定量的反相溶剂与表面活性剂，并充分搅拌均匀，再加入对甲苯磺酸溶液，在一定温度和搅拌速度下酸法固化，形成磁性微球。本发明提出采用酸性较弱的有机酸作为酸固化剂，创造性地采用酸法低温固化的方式，通过反相悬浮法制备尺寸均一的复合微球。该微球具有磁性与木质素的吸附特性，可以作为吸附剂吸附废水中的有色物质和重金属离子，而且可以利用外加磁铁迅速实现水与微球的分离，对废水的处理提供了一种便捷快速的分离方法。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，主要涉及以木质素改性酚醛树脂在酸性条件下制备壳核型磁性复合树脂微球吸附剂的方法。

背景技术

木质素水是人类赖以生存和发展的珍贵资源，今天水问题的严重性和重要性已日益成为社会各界的共识。以纺织工业为代表的多种产业排放颜色很深的染料有机废水，矿山开发、电镀、化肥、制革、电池、造纸、农药等工业生产过程中产生的含重金属的废水，如果不经处理排放到外界环境中，将造成不同程度的水污染，最后危害人类和其他生物的健康。木质素作为自然界最丰富的芳香族化学物，富含酚羟基、醇羟基、磺酸基、羧基、甲氧基等多种活性基团，这些活性基团可以吸附染料中的有色物质，还可以处理废水中的重金属离子，对废水处理起到非常大的作用。然而，吸附剂处理废水后具有难分离的缺点。因此，本发明利用磁性微球吸附剂的磁性，通过外加磁场实现吸附剂与水溶液的迅速分离。

木质素磁性微球是由磁性物质与木质素复合而成。然而，木质素磺酸盐是可以溶于水的，而碱木质素、硫酸盐木质素以及有机溶剂木质素则可以溶于在碱性水溶液中。因此，一般来说木质素在水溶液中稳定性较差，本发明以木质素改性酚醛树脂为原料，通过固化反应形成稳定共价键结构，提高木质素磁性微球的稳定性。本发明是利用反相悬浮法固化酚醛树脂，从而得到壳核型磁性木质素酚醛树脂微球。

一般来说，热固性酚醛树脂的固化方式有两种，一种是热固化，比如酚醛树脂作为木材胶黏剂采用的高温热压就是这种固化方式，目前磁性酚醛树脂微球的固化也是采用这种方式。比如，专利CN 201310660340.2(一种磁性酚醛腐殖酸树脂及其制备方法)和专利CN201310017328.X(一种核壳结构的磁性空心多空碳球及其制备方法)公开的磁性酚醛复合材料的制备均采用高温固化的方式。然而，反相悬浮法制备磁性树脂微球过程中，高温容易导致体系破乳，影响微球成型，进而导致微球的结构和尺寸不均一。另外一种固化方式是低温酸法固化，比如酚醛树脂在制备保温泡沫的酸法固化。这种固化方式难以应用于磁性树脂复合微球的制备主要原因是磁性四氧化三铁在酸性条件下易于溶解，失去磁性。本发明基于前期实验发现的磁性四氧化三铁在一定的浓度温度下，可以在酸性较弱的有机酸溶液中稳定存在，提出采用酸性较弱的有机酸作为酸固化剂，创造性地采用酸法低温固化的方式，通过反相悬浮法制备尺寸均一的复合微球。

发明内容

本发明的主要目的是通过磁性四氧化三铁在酸性条件下与木质素改性酚醛树脂混合后在石蜡中形成微球，在较低的温度下利用酸法固化方式将木质素改性酚醛树脂固化在四氧化三铁表面形成磁性微球。该工艺可以形成结构规则尺寸均一的球形微球，具有磁性与木质素的吸附特性，可以作为吸附剂吸附废水中的有色物质和重金属离子，而且可以利用外加磁铁迅速实现水与微球的分离，对废水的处理提供了一种非常便捷快速的分离方法。

本发明的主要步骤如下：

(1)制备四氧化三铁溶液：取0.4～0.8mol/L的FeCl₃溶液50ml和0.1～0.3mol/L的FeCl₂溶液50ml于三口烧瓶中混合，在60～80℃的温度下充分搅拌10～20min后加入3mol/L的NaOH50～70mL溶液继续反应30min。将得到的产物调至中性，并利用磁场分离产物与水，将所有产物分散于50mL蒸馏水中，制成一定浓度的溶液备用。