CN105642254B - 一种具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物、制备方法与应用 - Google Patents

一种具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物、制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了以造纸副产物木质素磺酸钠为原料，通过交联聚合反应，制备的木质素基聚合物及其制备方法与应用。碱性条件下，将市售木质素磺酸钠与环氧氯丙烷于水‑有机溶剂混合液中交联聚合，得水不溶性木质素基聚合物。合成反应简单，条件温和，易于工业化。该法制备的木质素基聚合物可作为吸附材料，能有效地吸附水体中有机染料(亚甲基蓝，碱性品红、罗丹明B)和部分重金属离子(Pb2+和Cd2+)，并能同时吸附由有机染料(亚甲基蓝或罗丹明B)与重金属离子(Pb2+或Cd2+)组成的混合体系中的有机染料和重金属离子。

Description

一种具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合 物、制备方法与应用
技术领域：
本发明涉及一种木质素基聚合物及其制备方法与同时吸附重金属离子和碱性染料的性能，属于高分子材料领域。
背景技术：
目前，造纸副产物木质素磺酸盐已在多个领域得到有效利用，但并未实现其高效利用。木质素磺酸盐在酸性环境中不溶于水，但在中性及碱性条件下有很好的水溶性，作为处理废水的吸附材料时需要对其进行改性。利用木质素磺酸盐结构中的疏水的芳香网络和亲水的多种极性基团如甲氧基、磺酸基、羟基，设计、制备对重金属离子或有机物具有吸附性能的吸附材料，这方面的工作已经开展了几十年，用甲醛、环氧氯丙烷交联、与烯类单体共聚、先在木质素磺酸盐结构中引入含氮基团再进行聚合等方法改性已有报道。但目前存在着以下问题：首先，由造纸副产物木质素磺酸盐制备吸附材料的改性方法复杂，不适于宏量规模制备；其次，多数改性物对水中重金属离子或有机污染物的吸附性能亟待提高。本发明提供一种利用造纸副产物木质素磺酸盐制备的、具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物吸附材料及其制备方法与应用。
发明内容：
本发明以造纸副产物木质素磺酸盐为原料，在水-有机溶剂混合体系中用环氧氯丙烷对其进行交联聚合，得到的木质素基聚合物能高效地吸附水体中有机染料(亚甲基蓝、碱性品红和罗丹明B)和部分重金属离子(Pb2+和Cd2+)，并能同时吸附由有机染料(亚甲基蓝或罗丹明B)与重金属离子(Pb2+或Cd2+)组成的混合体系中的有机染料和重金属离子。
本发明技术方案如下：
一种具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物，其特征在于：碱性条件下，由市售木质素磺酸钠在水-有机溶剂混合液中用环氧氯丙烷交联聚合而成。
所述的具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物的制备方法，描述如下：市售木质素磺酸钠的碱性(pH 8-12)水-有机混合溶剂中，于25-40℃、1.5h内滴加环氧氯丙烷。滴毕，逐渐升温至55℃-70℃，搅拌反应4-6h。冷却至室温，抽滤,固体用水洗涤至中性，得木质素基交联聚合物。
所述的制备方法，其特征在于：市售木质素磺酸钠在与环氧氯丙烷投料比(质量比)为1:(1.0-5.0)，其中，以1:1.2为最适宜比例。
所述的制备方法，其特征在于：有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮、2-丁酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜、分子量为200-800的聚乙二醇等。
所述的制备方法，其特征在于：水与有机溶剂的比例(体积比)为1:(0-3.0)。
本发明利用造纸副产物木质素磺酸钠为原料，环氧氯丙烷为交联剂，通过交联聚合反应，制备木质素基聚合物。原料来源广且价廉，制备方法简单，条件温和，易于工业化；该聚合物作为吸附剂，能有效地吸附水体中有机染料(亚甲基蓝、碱性品红和罗丹明B)和部分重金属离子(Pb2+和Cd2+)，并能同时吸附由有机染料(亚甲基蓝或罗丹明B)与重金属离子(Pb2+或Cd2+)组成的混合体系中的有机染料和重金属离子。
在聚合物与废水质量(g)体积(L)比0.5g.L-1条件下，聚合物对亚甲基蓝和硝酸铅混合液(亚甲基蓝浓度为150mg.L-1，硝酸铅浓度为132mg.L-1)中亚甲基蓝的吸附率分别达到89.2％和78.3％。
具体实施方法
实施例1
将5木质素磺酸钠加到10mL浓度为2mol.L-1的NaOH和20mL异丙醇的混合液中，搅拌溶解，在40℃下将4.2mL环氧氯丙烷于1.5h内滴完。逐渐升温至70℃反应6小时。抽滤、洗涤、干燥得木质素基聚合物。
实施例2
将5木质素磺酸钠中加到10mL浓度为2mol.L-1的NaOH及20mL丙酮的混合液中，搅拌溶解，在30℃下将5mL环氧氯丙烷于1.5h内滴完。逐渐升温至50℃反应6小时。抽滤、洗涤、干燥，得木质素基聚合物。
实施例3
将5木质素磺酸钠中加到10mL浓度为2mol.L-1的NaOH及10mL四氢呋喃的混合液中，搅拌溶解，在35℃下将5mL环氧氯丙烷于1.5h内滴完。逐渐升温至55℃反应6小时。抽滤、洗涤、干燥，得木质素基聚合物。
实施例4木质素基聚合物吸附材料对有机染料的吸附性能
将0.025g木质素基聚合物分别加到25mL浓度为100mg.L-1的亚甲基蓝、碱性品红和罗丹明B溶液中，密封。25℃下，在250-260r.min-1下于振荡器中振荡6h。抽滤除去吸附剂，用紫外-可见分光光度法测定溶液在吸附前后的浓度，计算吸附量及吸附率。
结果表明，吸附材料对亚甲基蓝、碱性品红和罗丹明B吸附量分别为98.7mg.g-1、98.4mg.g-1和74.5mg.g-1，吸附率分别为98.7％、98.4％和74.5％。
实施例5吸附材料对Pb2+、Cd2+的吸附
将0.025g制备的吸附材料加到25mL浓度为265mg.L-1的硝酸铅(73mg.L-1氯化镉)溶液中，密封。25℃下，在250-260r.min-1下于振荡器中振荡6h。抽滤除去吸附剂，用原子吸收光谱法测定溶液在吸附前后的浓度，计算吸附量及吸附率。
结果表明，吸附材料对Pb2+和Cd2+的吸附量分别为72.9mg.g-1和36.4mg.g-1，吸附率分别为88.0％、81.3％。
实施例6吸附材料同时亚甲基蓝和Pb2+
将0.025g吸附材料加到50mL由25mL浓度为300mg.L-1的亚甲基蓝和25mL浓度为265mg.L-1的硝酸铅溶液形成的混合液中，密封。25℃下，在250-260r.min-1下于振荡器中振荡6h。抽滤除去吸附剂，用紫外-可见分光光度法和原子吸收光谱法测定溶液吸附前后亚甲基蓝和Pb2+的浓度，计算吸附量及吸附率。
结果表明，吸附材料对亚甲基蓝和Pb2+的吸附量分别为133.8mg.g-1和64.9mg.g-1，吸附率分别为89.2％和78.3％。

Claims (4)

1.一种具有同时吸附重金属离子和有机染料的木质素基聚合物，其特征在于：碱性条件下，由市售木质素磺酸钠在水-有机溶剂混合液中用环氧氯丙烷交联聚合而成，制备方法为市售木质素磺酸钠的碱性pH8-12的水-有机混合溶剂中，25-40℃、1.5h内滴加环氧氯丙烷；滴毕，缓慢升温至55℃-70℃，搅拌反应4-6h；冷却至室温，抽滤,固体用水洗涤至中性，得木质素基聚合物；
市售木质素磺酸钠在与环氧氯丙烷投料质量比为1:1.0-5.0；
有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮、2-丁酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜、分子量为200-800的聚乙二醇；
水与有机溶剂的体积比为1:0-3.0,有机溶剂用量不为零。
2.一种如权利要求1所述木质素基聚合物的制备方法，描述如下：市售木质素磺酸钠的碱性pH8-12的水-有机混合溶剂中，25-40℃、1.5h内滴加环氧氯丙烷；滴毕，缓慢升温至55℃-70℃，搅拌反应4-6h；冷却至室温，抽滤,固体用水洗涤至中性，得木质素基聚合物；
市售木质素磺酸钠在与环氧氯丙烷投料质量比为1:1.0-5.0；
有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮、2-丁酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二甲亚砜、分子量为200-800的聚乙二醇；
水与有机溶剂的体积比为1:0-3.0，有机溶剂用量不为零。
3.权利要求1所述的木质素基聚合物作为吸附剂的应用。
4.根据权利要求3所述的木质素基聚合物作为吸附剂的应用，其特征在于：所述木质素基聚合物作为水体中有机碱性染料亚甲基蓝、碱性品红、罗丹明B及重金属离子Pb2+和Cd2+吸附剂的应用,以及在有机染料-重金属离子二组分体系中同时吸附亚甲基蓝或罗丹明B和Pb2+或Cd2+吸附剂的应用。
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