[发明专利]一种木素重金属离子吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及木素改性领域，尤其是利用造纸副产物所含木素进行改性以提高其对重金属离子的吸附能力的方法。

背景技术

现在重金属离子处理方法主要有投加碱中和剂的沉淀法(处理效果较差，沉渣量大，含水率高，易造成二次污染)、硫化物沉淀法(酸性废水中易产生H₂S，排水时须再次处理，处理废水的流程较长，操作较烦，处理费用高，限制了硫化物沉淀法的应用)、铁氧体沉淀法(耗能大，处理周期长)、电解法(耗能大、处理水量小)、离子交换法(树脂易氧化失效)。

当今重金属离子处理方法主要有投加碱中和剂的沉淀法(处理效果较差，沉渣量大，含水率高，易造成二次污染)、硫化物沉淀法(酸性废水中易产生H₂S，排水时须再次处理，处理废水的流程较长，操作较烦，处理费用高，限制了硫化物沉淀法的应用)、铁氧体沉淀法(耗能大，处理周期长)、电解法(耗能大、处理水量小)、离子交换法(树脂易氧化失效)。

研究表明：木素在化学上具有不稳定性，通过对木素的化学改性研究(硫化、羟甲基化、酚化、缩合等化学修饰方法)可提高木素表面活性，其吸附性能也大大提高。由于碱木素作为重金属吸附剂直接使用时，存在吸附能力低，易溶于水等缺点，还不能直接用于工业生产，所以需要对其进行改性。

发明内容

本方法通过对木素进行改性，增加其羟基的含量，以提高其对金属离子的吸附能力，并且经过改性后，与碱木素相比，降低了其在水中的溶解度。本发明通过以下技术方案实现。

本发明的一方面在于：公开一种酚醛改性木素重金属离子吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：

(a)碱木素的提取

以1∶5的质量比，向芦苇原料中加入20wt％氢氧化钠，1.5h内升温至170℃，保温蒸煮2h后，收集黑液并调pH值为7～8，离心后收集液体，调pH到3，再离心收集沉淀，洗涤、干燥、过筛后，制得碱木素；

(b)羟甲基化

以5g∶1ml的比例，向碱木素中加入95wt％的甲醛，再继续加入0.1mol/L的氢氧化钠，在80℃下反应1.5h，其中所述碱木素与0.1mol/L的氢氧化钠的比例为2g∶1ml；

(c)酚化

按碱木素与苯酚质量比为5g∶(3～4)g的比例，向步骤(b)所得产物中，继续加入苯酚，在80℃继续反应1.5h后冷却到室温；

(d)酚醛改性木素的提取

用硫酸调节步骤(c)所得产物的pH为3，再5000r/min离心30min后收集沉淀，再用乙醚润洗沉淀，60℃真空干燥后，过20～40目筛。

具体的，在上述的制备方法的步骤(a)中，调节pH值所用溶液为20wt％的硫酸。

具体的，在上述的制备方法的步骤(a)中所述的离心条件为5000r/min离心30min。

具体的，在上述的制备方法的步骤(a)中所述的洗涤、干燥、过筛为，用去离子水清洗沉淀直至pH 6～7，80℃真空干燥箱干燥到水分小于5％，干燥后过20～40目筛子。

本发明的另一方面在于，通过上述的方法制备的酚醛改性木素。

本发明的另一方面在于，上述酚醛改性木素作为重金属离子吸附剂的应用。

有益效果

本实验选取的木素是自然界合成量及存在量仅次于纤维素的天然高分子化合物。木素与纤维素及半纤维素一起构成植物的主体，是地球上最丰富的可再生有机资源，具有原料来源广泛，相比其他方法具有价格低廉的优点，投入水中不宜造成二次污染，并且易于保存。

木素的结构比较复杂，木素分子中具有多种活性基团，兼具可再生、可生物降解以及无毒等优点，所以被视为优良的绿色化工原料，其改性研究备受关注。通过对木素结构的可控化学修饰，提高其化学反应活性或控制其聚集态结构和相互作用力强度，在分子水平上实现对材料性能的优化设计。

本方法通过对木素进行改性，增加其羟基的含量，以提高其对金属离子的吸附能力，并且经过改性后，相比与碱木素，降低了其在水中的溶解度。

下面结合几个实施例，对本发明做进一步描述。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得，或可以常规方法制备。

1.芦苇原料来自营口辽河；