CN104448338A - 一种木质素黄原酸酯的制备方法 - Google Patents

一种木质素黄原酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木质素黄原酸酯的制备方法。木质素黄原酸酯是以木质素、甲醛、二硫化碳、碱性物质和蒸馏水为原料制备而成。其中：木质素5～10g，甲醛5～10mL，二硫化碳8～15mL，碱性物质4～10g，蒸馏水60～100mL。制备步骤包括：木质素在碱性条件下溶解，加入甲醛进行木质素的羟甲基化反应，加入二硫化碳进行黄原酸化反应，控制温度反应一定时间，反应液静置、抽滤，用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥，得到木质素黄原酸酯。本发明具有下列优点：合成方法简单、成本低廉，可以用来吸附水溶液中的Pb2+，吸附效果较好。

Description

一种木质素黄原酸酯的制备方法
技术领域
本发明属于木质素衍生物的制备方法，具体是一种木质素黄原酸酯的制备方法。制得的木质素黄原酸酯吸附剂特别适用于含Pb2+废水的吸附净化处理，以保护环境、保护人体健康。
背景技术
重金属铅是一种毒性很强的物质，铅及其化合物都具有一定的毒性，进入机体后对神经、造血、消化、肾脏和内分泌等多个系统产生危害。随着我国工业化进程的加快和城市化的快速发展，大量含Pb2+的工业废水未经处理就直接排放，对水生态系统造成严重的破坏，为了防止重金属Pb2+的污染，必须控制废水中含Pb2+的含量，传统的含Pb2+废水处理方法包括化学沉淀、离子交换、膜分离、蒸发和电解等，但是这些方法普遍存在成本高、效率低，易产生二次污染等问题。目前，生物质吸附法是常用的处理含Pb2+废水的方法。
木质素是植物体内仅次于纤维素的一种丰富的、可降解的天然高分子聚合物，自然界十分丰富，全世界每年约可生产1500亿吨，我国仅农业秸杆就可产生5～6亿吨木质素。工业木质素是造纸工业黑液废水提取物，具有廉价、丰富、可再生、可降解等特性，是化学化工生产原料的丰富资源，是制浆造纸工业的副产物，也是造成环境污染的污染源之一。木质素中含有酚羟基、醇羟基、羰基、羧基、甲氧基、共轭双键等多种功能基团或化学键，且存在酚型和非酚型的芳香环，其侧链和芳香核均可发生氧化、磺甲基化、羟甲基化、曼尼希(Mannich)反应等许多改性反应。若将木质素改性成重金属离子的吸附剂，不仅可提高木质素的附加值，还可减少其对环境的污染。
黄原酸类重金属捕集剂，它是由含有羟基的小分子有机化合物与二硫化碳反应而成，或者通过在大分子骨架的羟基上接枝黄原酸基团。如不溶性交联淀粉黄原酸酯，能有效地脱除重金属离子且沉淀快、易过滤、pH范围宽。我国研究者也对黄原酸酯类高分子捕捉剂进行了研究，国内的公开专利号CN85102714、CN1884344、CN1775751A等介绍了黄原酸酯类重金属离子捕捉剂的制备方法和应用，均属于黄原酸酯类。
关于木质素黄原酸酯的合成并未见相关报道。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足提供一种以低成本的木质素为原料通过化学改性获得用于吸附废水中Pb2+的木质素黄原酸酯的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
1.一种木质素黄原酸酯由木质素、甲醛、二硫化碳、碱性物质和蒸馏水为原料制备而成，其中：木质素5～10g，甲醛5～10mL，二硫化碳5～10mL，碱性物质4～10g，蒸馏水60～100mL。
所述木质素是木材水解工业、造纸工业废弃物中的稀酸水解木质素、浓酸水解木质素、硫酸盐木质素、碱木质素、乙醇木质素、木质素磺酸盐中的任意一种。
所述碱性物质是氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或两种的任意比混合物。
2.制备木质素黄原酸酯的方法，方法的工艺步骤如下：
在常压下，在配有电磁搅拌和回流冷凝管的500ml三口圆底烧瓶中，进行如下操作：加入碱木质素、水解木质素或乙醇木质素6～10g，加入氢氧化钠4～10g、蒸馏水60～100mL，搅拌使木质素充分溶解，控制反应温度为60～90℃，缓慢滴加甲醛溶液5～10mL，继续搅拌，恒温反应2～5小时。将反应液冷却至30～50℃，缓慢滴加5～10mL的CS2，搅拌3～5小时。待反应完成，冷却静置，使木质素黄原酸酯充分析出，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后，于60℃真空干燥箱中干燥8～12小时，得到棕黄色固体粉末木质素黄原酸酯吸附剂。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
1.木质素作为可再生资源，资源丰富，它的改性和利用一方面可节省大量石油资源，可解决大量非降解合成高分子吸附树脂材料废弃物造成的环境污染；工业木质素是造纸工业副产物、价格低廉。
2.木质素黄原酸酯制备的原料来源广泛、成本低和工艺简便，吸附-解吸使用后可全生物降解，对环境无污染。
3.本发明木质素黄原酸酯可用于金属制造、电子、电镀、化学、钢铁及有色金属冶炼等行业去除含镉、铬、铅、锌、铜、镍、锰等一种或多种重金属离子废水。
具体实施方式
下面结合的实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的目的旨在克服现有技术中生产成本高、使用不便、易造成二次污染的不足，提供一种以低成本的木质素为原料通过化学改性获得用于吸附废水中Pb2+的木质素黄原酸酯吸附剂的制备方法。从而不仅可以为处理工业废水降低成本，而且还为工业木质素资源的高值化利用及大规模开发服务。
实施例1
制备一种木质素黄原酸酯的方法
在常压下，在配有电磁搅拌和回流冷凝管的500ml三口圆底烧瓶中，进行如下操作：加入5g碱木质素，加入4gNaOH，加入蒸馏水60mL，搅拌使木质素充分溶解，控制反应温度为60℃，缓慢滴加10mL的甲醛溶液，继续搅拌，恒温反应5小时。将反应液冷却至30℃，缓慢滴加5mL的CS2，搅拌反应5小时。待反应完成，冷却静置，使木质素黄原酸酯充分析出，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后，于60℃真空干燥箱中干燥8小时，得到棕黄色固体粉末木质素黄原酸酯吸附剂。
实施例2
在常压下，在配有电磁搅拌和回流冷凝管的500ml三口圆底烧瓶中，进行如下操作：加入8g水解木质素，加入10gNaOH，蒸馏水80mL，搅拌使木质素充分溶解，控制反应温度为90℃，缓慢滴加5mL的甲醛溶液，继续搅拌，恒温反应2小时。将反应液冷却至40℃，缓慢滴加10mL的CS2，搅拌4小时。待反应完成，冷却静置，使木质素黄原酸酯充分析出，过滤，于60℃真空干燥箱中干燥12小时，得到棕黄色固体粉末吸附剂。
实施例3
在常压下，在配有电磁搅拌和回流冷凝管的500ml三口圆底烧瓶中，进行如下操作：加入10g乙醇木质素，加入6gNaOH，蒸馏水100mL，搅拌使木质素充分溶解，控制反应温度为75℃，缓慢滴加5mL的甲醛溶液，继续搅拌，恒温反应3.5小时。将反应液冷却至50℃，缓慢滴加5mL的CS2，搅拌反应3小时。待反应完成，冷却静置，使木质素黄原酸酯充分析出，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后，于60℃真空干燥箱中干燥10小时，得到棕黄色固体粉末吸附剂。
实施例4
取Pb2+浓度为100mg/L的模拟废水50ml，加入实施例1制备的木质素黄原酸酯0.05g，震荡12min，过滤，用ICP测定模拟废水处理后的实际浓度值，得到各种金属离子处理后的浓度为55mg/L，木质素黄原酸酯吸附容量为45mg.g-1。
实施例5
取Pb2+浓度为100mg/L的模拟废水50ml，加入实施例2制备的木质素黄原酸酯0.1g，震荡120min，过滤，用ICP测定模拟废水处理后的实际浓度值，得到各种金属离子处理后的浓度为20mg/L，木质素黄原酸酯吸附容量为40mg.g-1。
实施例6
取Pb2+浓度为100mg/L的模拟废水50ml，加入实施例3制备的木质素黄原酸酯0.04g，震荡120min，过滤，用ICP测定模拟废水处理后的实际浓度值，得到各种金属离子处理后的浓度为50mg/L，木质素黄原酸酯吸附容量为62.5mg.g-1。

Claims (2)

1.一种木质素黄原酸酯，其特征在于，所述木质素黄原酸酯由木质素、甲醛、二硫化碳、碱性物质和蒸馏水为原料制备而成，其中：木质素5～10g，甲醛5～10mL，二硫化碳8～15mL，碱性物质4～10g，蒸馏水60～100mL；
所述木质素是木材水解工业、造纸工业废弃物中的稀酸水解木质素、浓酸水解木质素、硫酸盐木质素、碱木质素、乙醇木质素、木质素磺酸盐中的任意一种；
所述碱性物质是氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种或两种的任意比混合物。
2.制备如权利要求1所述的一种木质素黄原酸酯的方法，其特征在于，制备方法的工艺步骤如下：
在常压下，在配有电磁搅拌和回流冷凝管的500ml三口圆底烧瓶中，进行如下操作：加入碱木质素、水解木质素或乙醇木质素6～10g，加入氢氧化钠4～10g、蒸馏水60～100mL，搅拌使木质素充分溶解，控制反应温度为60～90℃，缓慢滴加甲醛溶液5～10mL，继续搅拌，恒温反应2～5小时，将反应液冷却至30～50℃，缓慢滴加5～10mL的CS2，搅拌3～5小时，待反应完成，冷却静置，使木质素黄原酸酯充分析出，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后，于60℃真空干燥箱中干燥8～12小时，得到棕黄色固体粉末木质素黄原酸酯吸附剂。
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