[发明专利]基于金属掺杂的胺化木质素及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种基于金属掺杂的胺化木质素及其制备方法，是以木质素为原料，溶于NaOH溶液中，加入三乙烯四胺和甲醛进行反应，将反应产物以酸沉淀析出，再利用金属盐的水溶液对沉淀物进行络合后得到的最终产物。以本发明制备的基于金属掺杂的胺化木质素作为吸附剂材料，能够高选择性地吸附水中的As(V)阴离子HAsO₄^2‑，且可以多次重复利用。

技术领域

本发明属于水处理吸附材料技术领域，涉及一种改性木质素，特别是涉及一种胺化改性的木质素。本发明的胺化木质素能够高选择性吸附水中的含氧阴离子HAsO₄^2-。

背景技术

含氧阴离子，如铬酸盐(CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-)、砷酸盐(HAsO₄^2-或AsO₄^3-)和磷酸盐(PO₄^3-)等重金属离子具有很强的毒性，很难去除，是破坏淡水系统平衡的主要来源。

近年来，吸附技术常常被用来对重金属离子进行吸附，并取得了一定的成效。

木质素及其衍生物可以通过在造纸废液黑液中加入酸化剂来大量提取，世界上木质素的年产量可达5×10¹⁴吨。木质素在铸造、冶炼和发电等领域的应用表明其是一种优良的有机材料。由于木质素具有低反应性和特异性，造成其在水处理领域无法直接应用，需要通过改性、活化等方式对木质素进行修饰。

研究表明，胺化可以改变木质素的Zeta电势，从而对部分金属离子产生吸附作用。但截至目前，已经报道的各种不同的改性木质素吸附剂只能对重金属离子中的阳离子进行吸附，对阴离子的吸附报道很少。

例如，CN 110142026A利用碱木质素基生物炭对水中的Cd²⁺进行了高效吸附。CN109569528A采用木质素磺酸钠交联酸改性粉煤灰复合吸附剂对水中的Cu²⁺进行吸附。但是其吸附并无选择性效果，无法对多离子混合废液中的某种特定离子实施选择性吸附。另外，这些吸附剂在完成吸附后，无法进行脱附再利用，吸附剂的重复使用效果差，从而造成资源浪费。这在污水处理的实际应用中造成困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于金属掺杂的胺化木质素及其制备方法，本发明制备的基于金属掺杂的胺化木质素能够高选择性地吸附水中的As(V)阴离子HAsO₄^2-。

本发明所述的基于金属掺杂的胺化木质素是以木质素为原料，溶于NaOH溶液中，加入三乙烯四胺(TETA)和甲醛进行反应，将反应产物以酸沉淀析出，再利用金属盐的水溶液对沉淀物进行络合后得到的最终产物，标记为M@A-lignin。

其中，所述的金属盐是FeCl₃、CuCl₂、CaCl₂或MgCl₂中的任意一种。

具体地，本发明所述的基于金属掺杂的胺化木质素是采用以下方法制备得到的：

1）将木质素加入NaOH溶液中，搅拌使其完全溶解得到溶液；

2）在所述溶液中加入三乙烯四胺和甲醛，搅拌下进行胺化反应；

3）向反应液中加入盐酸溶液，至棕色沉淀完全析出；

4）离心分离出沉淀物，烘干得到胺化木质素中间产物；

5）将所述胺化木质素中间产物加入金属盐的水溶液中，搅拌下进行络合反应；

6）离心分离出沉淀，烘干后得到最终产物基于金属掺杂的胺化木质素。