[发明专利]一种冠醚型木质素基吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种冠醚型木质素基吸附材料及其制备方法，采用曼尼希反应(Mannich反应)以胺基冠醚化合物和木质素为原料制备冠醚型木质素基吸附材料。本发明的制备过程反应条件温和、反应效率高，制备的冠醚型木质素基吸附材料中含有较多的冠醚、胺基、羟基等重金属离子吸附位点，具有吸附容量高、吸附选择性好、可循环使用等优点，可应用于采矿、电镀、冶金等行业含汞、铅、铜等重金属离子废水处理及水体资源净化等领域。

技术领域

本发明涉及一种冠醚型木质素基吸附材料及其制备方法，尤其涉及一种利用曼尼希反应(Mannich反应)制备木质素基吸附材料的方法，属于材料科学领域。

背景技术

高毒性重金属(铅、汞、镉、铜、铬等)离子是土壤、水体的主要污染源之一，会在土壤、水体中富集并通过食物链传递，对人类健康和生态环境构成严重危害。如何有效去除、富集、回收土壤、水体中的重金属离子是当今社会面临并亟待解决的问题之一。吸附法具有操作方便、成本低、处理效率高等优势，成为最广泛应用的重金属离子处理技术之一。然而，使用不可再生的矿物或化石资源制备的重金属离子吸附材料在使用过程中可能存在环境的二次污染问题。因此，利用储量丰富、可降解的天然可再生资源开发新型重金属离子吸附材料日益受到重视。

木质素是自然界储量最大的天然芳香族高分子化合物，也是制浆造纸行业的主要副产物。木质素具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，有望成为化石基芳香族化合物的工业替代物，市场发展前景广阔。木质素分子结构中含有可螯合重金属离子的羟基、羧基和醚键等吸附位点，但直接使用木质素作为吸附材料仍存在吸附性能不佳、难以循环使用等问题。Xiao等(Xiao,D.；Ding,W.；Zhang,J.；Ge,Y.；Wu,Z.；Li,Z.,Chem.Eng.J.2019,358,310-320.)制备了纳米阱型木质素基离子吸附材料，对重金属Ag⁺、Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺和Zn²⁺等离子具有良好的吸附效果。中国发明专利(申请号201811206079.8)公开了一种磁性木质素磺酸盐吸附材料的制备方法，可吸附重金属Cr⁶⁺离子(吸附容量为86.32～101.60mg/g)和有机染料罗丹明B。中国发明专利(申请号201711180164.7)公开了一种木质素基聚酚胺吸附材料，可吸附重金属离子和有机污染物等，对水体中Cu²⁺和Pb²⁺的吸附容量分别可达48.2mg/g和27.5mg/g。现有技术主要通过化学改性手段以提高木质素基材料的吸附性能，然而改性过程通常较为复杂，且无法针对目标重金属离子进行特异性设计，导致吸附材料的离子吸附选择性不佳等问题。

冠醚是一类由聚醚单元构成的环状化合物，具有较强的金属络合性能，可用作金属离子捕获剂。冠醚的醚键可被N、O和S等杂原子取代，环状空穴尺寸易调节，从而可选择性络合特定金属离子。本发明结合木质素材料的结构特点及冠醚的络合性能，采用曼尼希反应将胺基冠醚单元与木质素反应制备廉价、绿色环保的冠醚型木质素基吸附材料。本发明的制备过程反应条件温和、反应效率高，制备的冠醚型木质素基吸附材料中含有较多的冠醚、胺基、羟基等重金属离子吸附位点，具有吸附容量高、吸附选择性好、可循环使用等优点，可用于吸附水体中Pb²⁺、Hg²⁺、Cu²⁺等重金属离子。

发明内容

本发明旨在提供一种绿色环保、吸附性能优异的冠醚型木质素基重金属吸附材料及其制备方法，采用曼尼希反应(Mannich反应)以胺基冠醚化合物和木质素为原料制备冠醚型木质素基吸附材料。

本发明的技术方案为：一种冠醚型木质素基吸附材料，结构示意式为：

其中n＝2～5。

制备所述的冠醚型木质素基吸附材料的方法，采用曼尼希反应(Mannich反应)以胺基冠醚化合物、木质素和甲醛反应制备冠醚型木质素基吸附材料，反应过程为：