CN106589405A - 一种木质素金属离子螯合剂及其制备方法 - Google Patents

一种木质素金属离子螯合剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种木质素金属离子螯合剂及其制备方法，该方法是以木质素为基础，先采用环氧氯丙烷进行交联反应，然后进行醚化改性，最后用二硫化碳为交联剂，制备一种具有双交联结构的金属离子螯合剂；采用该方法制得的金属离子螯合剂对Cr2+、Cu2+、Ni2+等离子具有较强的螯合能力，并且生成成本低，操作简单等优点，在水处理等领域具有潜在应用价值。

Description

一种木质素金属离子螯合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环境保护和水处理领域，尤其涉及一种木质素金属离子螯合剂及其制备方法。
背景技术
目前重金属污水处理的方法都存在一定的缺点，或成本价格过高，或分离较难而形成二次污染等。吸附法操作简便，成本低，处理效果好而深受学术界及企业界的青睐。改性木质素重金属离子吸附剂由于原料来源广，价格低廉，对环境友好，吸附效果佳近年来成了国内外研究的热点。
近年来开发的高分子重金属处理剂凭借其与重金属极强的螯合能力，给处理重金属废水带来生机。采用木质素原料，经过一系列反应改性为具有螯合基团的捕集剂，与重金属离子形成螯合沉淀物。这类螯合剂具有吸附效果好、选择性好、易洗脱、易稳定、沉淀渣易保存优点，并且生产成本较低，在造纸废水处理中具有应用价值。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种吸附效果好、选择性好、易保存且生产成本较低的木质素金属离子螯合剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种木质素金属离子螯合剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应3～5h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量5～10％的NaOH以及交联木质素质量10～50％的醚化剂，在40～60℃条件下反应2～6小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀，缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应1-3h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应10-20min；
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤1-3次；
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂，即得木质素金属离子螯合剂。
进一步地，所述步骤(1)中的反应温度为40-45℃，反应时间为3.5h。
进一步地，所述步骤(1)所采用的木质素中的活性物质含量为60～70％。
进一步地，所述步骤(2)中所采用的醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
进一步地，所述步骤(2)中加入交联木质素质量10％的NaOH以及交联木质素质量30％的醚化剂，反应温度为40-45℃，反应时间为3.5h。
进一步地，所述步骤(3)中各反应物用量配比为：交联醚化木质素80-120份；0.2g/mL氢氧化钠100～120份；二硫化碳50～100份；0.1g/mL硫酸镁溶液250～300份。
进一步地，所述步骤(3)中各反应物用量配比为：交联醚化木质素100份；0.2g/mL氢氧化钠110份；二硫化碳60份；0.1g/mL硫酸镁溶液280份。
进一步地，所述步骤(2)中所采用的醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
进一步地，所述所用木质素为碱木素。
进一步地，所述步骤(1)所采用的木质素中的活性物质含量为60～70％。
本发明的第二个方面是提供一种采用所述方法制备的木质素金属离子螯合剂。
本发明发明的第三个方面是提供一种所述木质素金属离子螯合剂在处理造纸废水金属离子中的应用。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明方法以木质素为基础，先采用环氧氯丙烷进行交联反应，然后进行醚化改性，最后用二硫化碳为交联剂，制备一种具有双交联结构的金属离子螯合剂。所得的产品对Cr2+、Cu2+、Ni2+等离子具有较强的螯合能力，并且生成成本低，操作简单等优点，在水处理等领域具有潜在应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例木质素金属离子螯合剂的金属离子含量分析示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1木质素金属离子螯合剂的制备，具备包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应5h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH 6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量8％的NaOH以及交联木质素质量30％的醚化剂，在40～60℃条件下反应5小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀；缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应2h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应15min；其中，本步骤各反应物按质量计，比例如下：
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤2次；
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂。
实施例2木质素金属离子螯合剂的制备，具备包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应3h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH 6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量6％的NaOH以及交联木质素质量25％的醚化剂，在40～60℃条件下反应2小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀；缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应2h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应15min；其中，本步骤各反应物按质量计，比例如下：
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤2次；
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂。
实施例3木质素金属离子螯合剂的制备，具备包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应5h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH 6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量10％的NaOH以及交联木质素质量45％的醚化剂，在40～60℃条件下反应5小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀；缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应2h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应15min；其中，本步骤各反应物按质量计，比例如下：
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤2次。
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂。
实施例4木质素金属离子螯合剂的制备，具备包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应5h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH 6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量8％的NaOH以及交联木质素质量35％的醚化剂，在40～60℃条件下反应4小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀；缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应2h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应15min；其中，本步骤各反应物按质量计，比例如下：
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤2次；
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂。
络合金属离子量分析：
以上述实施例1-4制得的双交联醚化木质素螯合剂为试验例；以木质素磺酸盐为对照样，配置质量浓度为0.03％的Cr2+溶液、0.002％的Cu2+溶液、0.006％的Ni2+离子溶液，固定金属离子/螯合剂质量比为0.10，加入螯合剂，放置摇床恒温振荡，一段时间后将其取出，离心分离，得到上层清液作为对比例；分别测定上清液中的离子浓度，计算络合金属离子含量，具体测试数据如图1所示，结果表明，本发明的螯合剂明显优于对比例。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准确称取100份的木质素，用5％的NaCl溶液配成40％的乳液，混合均匀后，用8％的NaOH溶液调节至适合pH范围；加入20～50份的环氧氯丙烷，于30～50℃下在恒温水浴锅中反应3～5h；反应过程中不断搅拌，取出后用HCl调节至pH6.5左右；用乙醇洗涤，过滤，干燥，得到交联木质素；
(2)对交联木质素进行醚化改性，将其分散在乙醇中，加入交联木质素质量5～10％的NaOH以及交联木质素质量10～50％的醚化剂，在40～60℃条件下反应2～6小时，分离干燥后得到交联醚化木质素备用；
(3)准确称取一定量的交联醚化木质素，制成质量为20％的乳液，搅拌均匀，缓慢滴加0.2g/mL氢氧化钠，然后加入二硫化碳，在50℃的水浴锅中反应1-3h；取出再加入0.1g/mL硫酸镁溶液，继续反应10-20min；
(4)反应停止后，水洗，抽滤，之后依次用丙酮、乙醚洗涤1-3次；
(5)然后真空干燥得到双交联醚化木质素螯合剂，即得木质素金属离子螯合剂。
2.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的反应温度为40-45℃，反应时间为3.5h。
3.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入交联木质素质量10％的NaOH以及交联木质素质量30％的醚化剂，反应温度为40-45℃，反应时间为3.5h。
4.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中各反应物用量配比为：交联醚化木质素80-120份；0.2g/mL氢氧化钠100～120份；二硫化碳50～100份；0.1g/mL硫酸镁溶液250～300份。
5.根据权利要求4所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中各反应物用量配比为：交联醚化木质素100份；0.2g/mL氢氧化钠110份；二硫化碳60份；0.1g/mL硫酸镁溶液280份。
6.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所采用的醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
7.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述所用木质素为碱木素。
8.根据权利要求1所述的木质素金属离子螯合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)所采用的木质素中的活性物质含量为60～70％。
9.一种如权利要求1-8任一项所述方法制备的木质素金属离子螯合剂。
10.一种如权利要求9所述的木质素金属离子螯合剂在处理造纸废水金属离子中的应用。
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