[发明专利]一种木素基金属离子吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体地说是一种木素基金属离子吸附材料及其制备方法。

背景技术

重金属是一种比较稳定的元素，他能通过生物链富集进入人体，并且人体不能通过新陈代谢将其排出，因此在较低的浓度下就可能对生态系统造成消极的影响。当前的重金属离子主要来自于如电镀，蓄电池，涂料，塑料，造纸工业和化学产品的生产过程中所排放的废水。

针对以上工业生产中排放的废水，目前的治理方法主要包括：还原－沉淀法、吸附法和离子交换法等，其中还原－沉淀法因存在沉淀难以处理，易造成二次污染，处理成本较高等缺陷，在应用方面受到了很大的限制。离子交换法和吸附法由于具有离子交换剂和吸附剂的多样性，可实现高效、低成本等优点而成为目前广受关注的处理重金属废水比较多的方法。可用作离子交换剂的材料主要包括离子交换纤维和离子交换树脂，可用作吸附剂的材料有活性炭、壳聚糖、活性铝、粉煤灰、骨碳、纤维素基吸附材料等，然而传统的离子交换树脂和天然吸附剂虽然在重金属的处理方面得到广泛的应用，并实现高效、低成本的优点，但其主要吸附机理为物理吸附，吸附选择性较低，存在后期重金属离子与其它同性电荷离子难以分离的问题，因此在一定程度上也限制了其应用。因此，对天然吸附材料进行改性，在天然吸附材料表面接枝对某一种特定物资具有吸附功能的特征官能团，成为改变吸附剂吸附方式，提高吸附剂吸附选择性的主要方法。

在众多天然生物质资源中，木素是由三醇单体(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物，同时含有多种活性官能团，如羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构等。主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物。因此，将木素作为具有吸附重金属功能的新型生物基材料成为解决上述问题的重要方案。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种木素基金属离子吸附材料及其制备方法。

本发明的一种木素基金属离子吸附剂，该吸附剂是利用木素作为基体材料，在等离子体放电的引发作用下，使木素表面产生大量自由基，并在微波的辅助作用下，采用自由基引发接枝共聚的方式将重金属离子螯合剂接枝到木素表面，制备得到具有重金属吸附功能的木素基吸附剂。该具有重金属吸附功能的木素基吸附剂在重金属的吸附过程中加入阳离子聚合物作为絮凝剂，使吸附有重金属的改性木素团聚，达到分离的目的。

本发明的一种木素基金属离子吸附材料的制备方法是：将木素置于低温等离子体反应腔中进行低温等离子体处理，然后将处理后的木素配成木素水溶液后，将木素水溶液置于微波反应器中，在搅拌作用下，向微波反应器中分别加入引发剂和功能单体，控制微波反应器的反应温度和反应时间，反应结束后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，并烘干直到产物恒重，即得木素基金属离子吸附材料。

具体制备方法是：取1～10份重量份的木素置于低温等离子体反应腔中进行低温等离子体处理，低温等离子体的处理条件是：电压为100～150V，真空度1000～1800Pa，放电时间50～150s，然后将处理后的木素配成质量浓度为10%～50%的水溶液后，将木素水溶液置于微波反应器中，在搅拌作用下，向微波反应器中加入引发剂和0.5～5份重量份的重金属离子螯合单体作为功能单体，控制微波反应器的反应功率为100W～400W，反应时间为2min～30min，反应温度为30～60℃，反应结束后，用蒸馏水反复洗涤反应产物三次，并置于60℃烘箱中烘24h，直到产物恒重，即得木素基金属离子吸附材料。

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

引发剂采用过硫酸铵、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硝酸铈铵中的一种或一种以上的混合物。

功能单体采用多乙烯多胺、含有乙烯基的有机酸、含有乙烯基的硫醇类化合物中的一种或一种以上的混合物。

多乙烯多胺采用二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或一种以上的混合物。

含有乙烯基的有机酸采用丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或一种以上的混合物。

含有乙烯基的硫醇类化合物采用烯丙硫醇。

所制得的木素基金属离子吸附材料在重金属的吸附过程中加入阳离子聚合物作为絮凝剂，使吸附有重金属的改性木素团聚，达到分离的目的；阳离子絮凝剂采用阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉、壳聚糖中的一种或一种以上的混合物。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：