CN107574721B - 一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸及其制备方法，属于功能纸技术领域。本发明的具有吸脱附硼酸功能的滤纸，按重量份计由2~10份的纤维浆、0.5~10份的单宁酸溶液、0.01~0.5份的阳离子絮凝剂制备而成。该发明的具有吸脱附硼酸功能的滤纸能够有选择性的吸附硼酸，并能对吸附的硼酸进行脱附回收，具有很好的推广应用价值。

Description

一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能纸技术领域，具体提供一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸及其制备方法。

背景技术

硼酸是植物生长所必须的微量元素，然而，当其过量时会产生毒性，并对植物生长产生严重影响。一般的，灌溉水中硼酸的安全浓度在0.3mg/L以下，半耐性植物对硼酸的安全浓度在1–2mg/L之间，耐性植物对硼酸的安全浓度在2–4mg/L之间。因此，就需要采用合适的方法降低水中过量的硼酸。

目前，关于去除水中硼酸的方法主要可以归为几类：反渗透，离子交换，浓缩，溶剂抽提，膜分离，电渗析和吸附等。相比之下，吸附方法由于具有成本低，容易获得等优点而成为一种性价比较高的方法，常规的吸附剂包括水滑石，中性红泥，海泡石，磁性颗粒，粉煤灰和活性炭等，然而，由于这些吸附材料主要靠物理作用或极性作用发挥吸附功能，因此对硼酸的吸附没有选择性，导致硼酸难以分离回收。

纸在我们的日常生活中发挥着重要的作用。然而，目前关于纸张的应用主要集中在生活用纸，包装用纸，办公用纸，新闻纸等领域，关于功能纸张的应用范围较窄。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够有选择性的吸附硼酸，并能对吸附的硼酸进行脱附回收的具有吸脱附硼酸功能的滤纸。

本发明进一步的技术任务提供一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸，按重量份计由2～10份的纤维浆、0.5～10份的单宁酸溶液、0.01～0.5份的阳离子絮凝剂制备而成。

所述阳离子絮凝剂采用阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉、聚合物铝类絮凝剂中的一种或一种以上的混合物，但不仅限于此。

阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉主要是分子链中含有N⁺离子的改性高分子聚合物。

聚合铝类絮凝剂主要采用氧化铝、聚硅铝、聚磷铝等。

阳离子聚丙烯酰胺和聚合铝类絮凝剂也可按照一定比例混合使用。

本发明中，纤维浆和单宁酸中均含有大量的羟基，羟基表面带有大量的负电荷，在阳离子絮凝剂的作用下，通过静电作用，纤维浆和单宁酸相互结合，制备得到含有单宁酸的滤纸。

单宁酸的结构如下所示：

其结构中含有很多邻苯二酚结构，邻苯二酚结构在碱性条件下可以与硼酸反应生成硼酸酯，在酸性条件下硼酸酯解离，重新生成邻苯二酚结构，邻苯二酚与硼酸的反应机理如下：

利用这一特性，将单宁酸负载到纤维浆上，制备成滤纸，该种滤纸对硼酸的吸附主要以化学吸附为主，具有吸附速率快，吸附选择性高，吸附液可回收利用，能耗小等优点，能够解决常规吸附材料对硼酸吸附选择性低、解离困难、难以回收等问题。

作为优选，按重量份计由3～9份的纤维浆、0.5～8份的单宁酸溶液、0.01～0.5份的阳离子絮凝剂制备而成。

作为优选，所述纤维浆采用植物纤维浆。

本发明中采用针叶木纤维素、阔叶木纤维素、蔗渣纤维素、秸秆纤维素、竹纤维素、棉麻纤维素中的一种或一种以上的的混合物，但不仅限于此。

一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，该制备方法如下：首先将重量份2～10份的纤维浆制得抄纸用浆料，并将抄纸用浆料疏解后，加入重量份0.5～10份的单宁酸溶液及重量份0.01～0.5份的阳离子絮凝剂，搅拌后进行抄纸，并在烘干机中将纸张烘干，制得滤纸。

所述滤纸在吸附硼酸中的应用：将负载有单宁酸的滤纸置于砂式漏斗上方，配置一定浓度的硼酸溶液，并将其pH调至9，用蠕动泵将一定浓度的硼酸溶液分别抽入带有滤纸的砂式漏斗中，然后用另一蠕动泵将溶液抽出，控制蠕动泵的流速，采用紫外-可见分光光度计法测试吸附前后硼酸溶液的浓度，并计算吸附量。

在脱附硼酸中的应用：吸附试验结束后，用蠕动泵将pH＝4的去离子水抽入已吸附硼酸的带有滤纸的砂式漏斗中，控制流速，同时用另一个蠕动泵将硼酸溶液抽出，脱附结束后，用紫外-可见分光光度计测试脱附液中硼酸的浓度，并计算脱附量。

作为优选，所述单宁酸溶液中单宁酸的质量浓度为10％～15％。

作为优选，所述阳离子絮凝剂的质量浓度为1‰～2‰。

作为优选，在打浆机中得到的纤维素浆料的打浆度为20％～40％。

作为优选，所述得到的抄纸用浆料的绝干度为25％～28％。

作为优选，取1～3份绝干度为25％的抄纸用浆料置于水中，用疏解机疏解5min后加入单宁酸溶液及阳离子絮凝剂。

作为优选，在烘干机中60～90℃条件将纸张烘干。

与现有技术相比，本发明的具有吸脱附硼酸功能的滤纸具有以下突出的有益效果：所述具有吸脱附硼酸功能的滤纸制备方法简单，原料天然可再生，且该滤纸吸附脱附硼酸的过程简单易操作，具有吸附速率可控，吸附选择性高，可实现脱附分离回收硼酸，能耗小等优点，具有良好的推广应用价值。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的具有吸脱附硼酸功能的滤纸及其制备方法作进一步详细说明。

实施例1

将落叶松纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为30％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为25％的抄纸用浆料。

取2份绝干度为25％的浆料，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入0.5份质量浓度为10％的单宁酸水溶液，0.01份质量浓度为1‰的阳离子聚丙烯酰胺，在200r/min的搅拌速率搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中60℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子聚丙烯酰胺和单宁酸，只用2份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例2：

将白杨纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为20％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为26％的抄纸用浆料。

取2份绝干度为26％的浆料，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入5份质量浓度为11％的单宁酸水溶液，0.5份质量浓度为1.5‰的阳离子淀粉，在200r/min的搅拌速率搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中70℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子淀粉和单宁酸，只用2份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例3：

将蔗渣纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为40％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为27％的抄纸用浆料。

取5份绝干度为27％的浆料，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入6份质量浓度为12％的单宁酸水溶液，0.2份质量浓度为2‰的阳离子聚合氧化铝，在200r/min的搅拌速率搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中80℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子聚合氧化铝和单宁酸，只用5份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例4：

将秸秆纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为30％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为25％的抄纸用浆料。

取10份绝干度为25％的浆料，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入10份质量浓度为13％的单宁酸水溶液，0.5份质量浓度为1‰的阳离子聚丙烯酰胺，在200r/min的搅拌速率搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中90℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子聚丙稀酰胺和单宁酸，只用10份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例5：

将竹纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为30％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为28％的抄纸用浆料。

取10份绝干度为28％的浆料，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入4份质量浓度为14％的单宁酸水溶液，0.2份质量浓度为1‰的阳离子聚丙烯酰胺，在200r/min的搅拌速率下搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中60℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子聚丙烯酰胺和单宁酸，只用10份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例6：

将棉麻纤维浆板撕成直径约为4～5cm的小块样品，置于打浆机后再加入一定量水，配制成2％浆浓的浆料，在打浆机中搅拌，得到打浆度为30％的纤维素浆料，在挤压过滤作用下，将浆料中的大部分水分去除，并在脱干机中脱干，得到绝干度为25％的抄纸用浆料。

取8份绝干度为25％的浆料(绝干重量10g)，置于2000mL水中，用疏解机疏解5min后，向浆料中加入10份质量浓度为15％的单宁酸水溶液，0.4份质量浓度为1‰的阳离子聚丙烯酰胺，在200r/min的搅拌速率下搅拌10min后，将浆料置于抄纸机中抄纸，并在烘干机中60℃条件将纸张烘干，得到最终功能性滤纸。

在其它条件相同的情况下，不加入阳离子聚丙烯酰胺和单宁酸，只用8份绝干浆制成纸张，作为对比样。

实施例7：滤纸对硼酸的吸附实验

将实施例1～实施例6中所制备的功能性滤纸切成直径为6cm的圆形滤纸，并置于6cm内径宽的砂式漏斗中，配制100mg/L的硼酸溶液，并用0.5mol/L的NaOH将其pH调至9，用蠕动泵将硼酸溶液抽入砂式漏斗中，将经功能滤纸吸附后的硼酸溶液用另一蠕动泵抽出，速率为50mL/h，采用紫外-可见分光光度计法测试吸附前后硼酸溶液的浓度，并计算吸附量。计算结果如表1所示：

硼酸吸附量计算方法：

A＝[V(C₀-C)/1000G]-A₀

其中：

A-功能滤纸对硼酸的吸附量，mg/g；

A₀-未添加单宁酸的纸张对硼酸的吸附量，mg/g；

V-硼酸溶液体积，mL；

G-纸张面积，g；

C₀-吸附前硼酸浓度，mg/L；

C-吸附后硼酸浓度，mg/L。

表1功能滤纸对硼酸的吸附量

从表1实验数据可以看出，负载单宁酸后的滤纸对硼酸的吸附比未负载单宁酸的滤纸具有明显的提高。

实施例8：滤纸对硼酸的脱附实验

将上述各样品进行脱附，具体脱附条件为：

将吸附后的滤纸保留在砂式漏斗中，用蠕动泵将50mL pH＝4的纯水溶液抽入砂式漏斗中，并用另一蠕动泵将水抽出，速率为50mL/h，采用紫外-可见分光光度计测定脱附液中硼酸的浓度，并计算脱附量。计算结果如表2所示：

脱附率计算方法：

E％＝(CV/A)×100％

其中，C-脱附溶液中硼酸的浓度，mg/m²；

V-脱附溶液体积，mL；

A-功能纸对硼酸的吸附量，mg/m²。

表2功能滤纸对硼酸的脱附率

由表2实验数据可以看出，当降低脱附液pH时，可使纤维素对单宁酸的脱附率达到92％以上。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸，其特征在于：按重量份计由2～10份的纤维浆、0.5～10份的单宁酸溶液、0.01～0.5份的阳离子絮凝剂制备而成；制备该具有吸脱附硼酸功能的滤纸的过程中，首先将重量份2～10份的纤维浆制得抄纸用浆料，并将抄纸用浆料疏解后，加入重量份0.5～10份的单宁酸溶液及重量份0.01～0.5份的阳离子絮凝剂，搅拌后进行抄纸，并在烘干机中将纸张烘干，制得滤纸，

所述阳离子絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉、聚合物铝类絮凝剂中的一种或一种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸，其特征在于：按重量份计由3～9份的纤维浆、0.5～8份的单宁酸溶液、0.01～0.5份的阳离子絮凝剂制备而成。

3.根据权利要求1或2所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸，其特征在于：所述纤维浆采用植物纤维浆。

4.一种具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：该制备方法如下：首先将重量份2～10份的纤维浆制得抄纸用浆料，并将抄纸用浆料疏解后，加入重量份0.5～10份的单宁酸溶液及重量份0.01～0.5份的阳离子絮凝剂，搅拌后进行抄纸，并在烘干机中将纸张烘干，制得滤纸；所述纤维浆和单宁酸中均含有大量的羟基，羟基表面带有大量的负电荷，在阳离子絮凝剂的作用下，通过静电作用，纤维浆和单宁酸相互结合，制备得到含有单宁酸的滤纸。

5.根据权利要求4所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：所述单宁酸溶液中单宁酸的质量浓度为10％～15％。

6.根据权利要求4或5所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：所述阳离子絮凝剂的质量浓度为1‰～2‰。

7.根据权利要求6所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：在打浆机中得到的纤维素浆料的打浆度为20％～40％。

8.根据权利要求7所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：所述得到的抄纸用浆料的绝干度为25％～28％。

9.根据权利要求8所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：取1～3份抄纸用浆料置于水中，用疏解机疏解后加入单宁酸溶液及阳离子絮凝剂。

10.根据权利要求9所述的具有吸脱附硼酸功能的滤纸的制备方法，其特征在于：在烘干机中60～90℃条件下将纸张烘干。