CN108214813A - 一种可回收吸附型磁性木材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，属于磁性木材制备技术领域。本发明将十六烷基三甲基溴化铵修饰到磁性纳米粉中的纳米微球表面，能够进一步提高磁性纳米粒子的分散性能，并使磁性木材外表面带负电，使磁性木材对重金属离子的吸附率得到提高；本发明将使用过的磁性木材放入弱酸溶液中，对弱酸溶液施加一定的磁场，在磁场作用下，磁性木材的磁性纳米粉会随磁场方向定向移动，但是并不会团聚，磁性纳米粉表面的二氧化硅不仅能保护磁性纳米粉不被酸和碱腐蚀，还能在酸性环境下随磁性纳米粉的定向移动而带负电，吸引重金属离子，将磁场环境撤消后，重金属离子便会脱附到溶液中，从而达到磁性木材可回收利用的目的，应用前景广阔。

Description

一种可回收吸附型磁性木材的制备方法

技术领域

本发明公开了一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，属于磁性木材制备技术领域。

背景技术

木材作为工业和生活用材，与国民经济建设和人类生活息息相关，并具有很多优良的品质。木材因其独特的组成成分和具有的蜂窝状多孔结构而易吸水致膨胀变形，易水解致开裂翘曲，易受霉菌侵蚀致腐朽降解，易受火、侯影响致光热降解等。为延长木材的使用寿命、提高其防水、防腐、耐候、阻燃等耐久性，人们对天然的木材进行改性，现有的对木材改性的方法有以下几种：一、利用乙烯基单体或杂环可聚合单体形成聚合物处理木材，使木材的力学性能提高的同时部分改善耐久性，但这种方法使用的改性剂或毒性高或后期释放气体或致使木材脆性高，且几乎没有阻燃防腐耐候等功能；即便在此基础上添加各种阻燃、防腐、防水和耐候改性剂，耐久性改善效果也欠理想，造成成本过高；二、利用晶体铜盐注入木材的孔结构内或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能，这种方法易改变木材颜色、使用的水性溶剂易流失而造成环境污染和改性效力的丧失；或者以氨类化合物、含磷化合物、醛类化合物等注入木材的孔结构内或木材表面，使木材具有防腐性能、阻燃性能等，这类方法的改性剂或有异味或释放甲醛、毒性高，且易溶于水而流失造成功能丧失，无室外耐候性能导致木材表面降解等；三、利用硅氧烷前驱体处理木材细胞腔或细胞壁，使木材的热稳定性、尺寸稳定性得到改善，这种方法操作过程复杂、周期长，且无法同步显著提高木材防腐、防水、阻燃和耐候等性能；四、利用蜂蜡处理木材赋予木材疏水性，但蜂蜡热稳定性差、疏水效力不能持久；且对木材阻燃、防腐和耐候等性能几乎无有益改。

在自然界中重金属离子在食物链中的积累对人类的危害不言而喻，而如今大量的工业生产活动使这一现象变得有过之而无不及。因此许多用于除去重金属离子的处理过程被发明，然而现有技术往往价格昂贵，如何降低成本又达到高效吸附重金属离子的效果早已成为吸附行业的重中之重。近年来，生物吸附剂越来越受到人们的重视，因为其价格低廉，原料来源广泛，这些生物吸附剂大多来源于微生物和木质纤维素材料。国外的一些研究发现用树皮粉或者是废弃的木锯屑具有一定的吸附重金属离子能力，然而这些吸附材料往往不容易回收和重复利用，且吸附效率低。

随着手机、电脑、路由器等无线通讯设备的普及，电磁辐射问题已经得到了人们的重视。为了减少不必要的电磁辐射对周围环境带来的影响，电磁波吸收材料应运而生。木材作为一种优质的建筑、装饰材料，广泛的应用于人类生活的各行各业，特别是在人类的家居生活中。

因此，发明一种可回收吸附型磁性木材对磁性木材制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对磁性木材用于重金属吸附处理过程中，磁性木材吸附率低，磁性木材使用过后难以重复利用的缺陷，提供了一种可回收吸附型磁性木材的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将20～25g六水氯化铁加入装有150～180mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入30～40mL醋酸钠溶液和5～6g聚乙二醇，继续混合搅拌得到粘稠液体；

（2）将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于烘箱中反应，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒4～5次，将洗涤后的黑色粉粒置于真空干燥箱中干燥，得到四氧化三铁磁性纳米粉；

（3）取10～15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200～250mL盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，超声分散，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；

（4）将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3～5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200～230mL无水乙醇、40～50mL去离子水、4～5mL氨水、0.8～1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器开始搅拌，搅拌反应，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；

（5）按重量份数计，将20～30份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、30～35份膨润土、60～70份木粉、8～10份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有100～120份丙酮的烧杯中，保温反应，得到粘稠粉料；

（6）将上述粘稠粉料与聚乙烯醇混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入长条形模具中，将长条形模具置于设定烘箱中预热，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中热压，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

步骤（1）所述的醋酸钠溶液的质量分数为30%，混合搅拌时间为40～50min。

步骤（2）所述的烘箱设定温度为190～200℃，反应时间为8～10h，真空干燥箱设定温度为60～80℃，干燥时间为6～7h。

步骤（3）所述的取10～15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200～250mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为20～25kHz，超声分散10～15min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣。

步骤（4）所述的将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3～5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200～230mL无水乙醇、40～50mL去离子水、4～5mL质量分数为25%的氨水、0.8～1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以300～400r/min的转速开始搅拌，搅拌反应6～7h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉。

步骤（5）所述的所用木粉为杨木粉、红木粉、针叶木粉中的一种木粉，加热升温后温度为50～55℃，保温反应时间为30～35min。

步骤（6）所述的粘稠粉料与聚乙烯醇混合的质量比为10︰1，长条形模具的尺寸为100mm×20mm×20mm，烘箱的设定温度为80～90℃，预热时间为20～25min，控制热压温度为200～230℃，热压压力为4～5MPa，热压时间为4～5min。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将六水氯化铁溶于乙二醇中，再加入醋酸钠溶液、聚乙二醇，搅拌混合得到粘稠液体，将粘稠液体转移至水热反应釜中，经过密封保温加热反应后，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离得到黑色粉粒，经过洗涤、干燥得到四氧化三铁磁性纳米粉，将四氧化三铁磁性纳米粉分散于盐酸中，再经过超声分散、过滤得到黑色滤渣，将黑色滤渣洗涤干燥，掺入无水乙醇、氨水、正硅酸乙酯，搅拌反应得到混合液，经过磁铁吸附分离得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉，将包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、杨木粉、膨润土等原料分散于丙酮中保温反应，得到粘稠粉料，将粘稠粉料与聚乙烯醇混合装入长条形模具中预热得到木材坯体，经过热压得到可回收吸附磁性木材，本发明将十六烷基三甲基溴化铵修饰到磁性纳米粉中的纳米微球表面，利用十六烷基三甲基溴化铵的致孔作用增大磁性纳米粉的比表面积，同时十六烷基三甲基溴化铵带正电的铵根离子能够进一步提高磁性纳米粒子的分散性能，并使磁性木材外表面带负电，将重金属离子富集于磁性木材的微孔中，并通过磁性木材中的碱性盐水解出氢氧根离子从而固定重金属离子，使磁性木材对重金属离子的吸附率得到提高；

（2）本发明将使用过的磁性木材放入弱酸溶液中，对弱酸溶液施加一定的磁场，磁性木材中已经固定的重金属离子，在弱酸电离出一定量氢离子后，重金属离子会脱附出磁性木材，在磁场作用下，磁性木材的磁性纳米粉会随磁场方向定向移动，但是并不会团聚，磁性纳米粉表面的二氧化硅不仅能保护磁性纳米粉不被酸和碱腐蚀，还能在酸性环境下随磁性纳米粉的定向移动而带负电，吸引重金属离子，使磁性纳米粉携带重金属离子到达磁性木材表面，将磁场环境撤消后，重金属离子便会脱附到溶液中，从而达到磁性木材可回收利用的目的，应用前景广阔。

具体实施方式

将20～25g六水氯化铁加入装有150～180mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入30～40mL质量分数为30%的醋酸钠溶液和5～6g聚乙二醇，继续混合搅拌40～50min得到粘稠液体；将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于设定温度为190～200℃的烘箱中，反应8～10h，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒4～5次，将洗涤后的黑色粉粒置于设定温度为60～80℃的真空干燥箱中，干燥6～7h，得到四氧化三铁磁性纳米粉；取10～15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200～250mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为20～25kHz，超声分散10～15min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3～5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200～230mL无水乙醇、40～50mL去离子水、4～5mL质量分数为25%的氨水、0.8～1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以300～400r/min的转速开始搅拌，搅拌反应6～7h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；按重量份数计，将20～30份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、30～35份膨润土、60～70份杨木粉、8～10份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有100～120份丙酮的烧杯中，加热升温至50～55℃，保温反应30～35min，得到粘稠粉料；将上述粘稠粉料与聚乙烯醇按质量比为10︰1混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入尺寸为100mm×20mm×20mm的长条形模具中，将长条形模具置于设定温度为80～90℃的烘箱中，预热20～25min，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中，控制热压温度为200～230℃，热压压力为4～5MPa，热压时间为4～5min，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

实例1

将20g六水氯化铁加入装有150mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入30mL质量分数为30%的醋酸钠溶液和5g聚乙二醇，继续混合搅拌40min得到粘稠液体；将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于设定温度为190℃的烘箱中，反应8h，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒4次，将洗涤后的黑色粉粒置于设定温度为60℃的真空干燥箱中，干燥6h，得到四氧化三铁磁性纳米粉；取10g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为20kHz，超声分散10min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200mL无水乙醇、40mL去离子水、4mL质量分数为25%的氨水、0.8g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以300r/min的转速开始搅拌，搅拌反应6h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；按重量份数计，将20份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、30份膨润土、60份杨木粉、8份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有100份丙酮的烧杯中，加热升温至50℃，保温反应30min，得到粘稠粉料；将上述粘稠粉料与聚乙烯醇按质量比为10︰1混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入尺寸为100mm×20mm×20mm的长条形模具中，将长条形模具置于设定温度为80℃的烘箱中，预热20min，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中，控制热压温度为200℃，热压压力为4MPa，热压时间为4min，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

实例2

将22g六水氯化铁加入装有165mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入35mL质量分数为30%的醋酸钠溶液和5g聚乙二醇，继续混合搅拌45min得到粘稠液体；将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于设定温度为195℃的烘箱中，反应9h，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒4次，将洗涤后的黑色粉粒置于设定温度为70℃的真空干燥箱中，干燥6.5h，得到四氧化三铁磁性纳米粉；取12g四氧化三铁磁性纳米粉分散于220mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为22kHz，超声分散12min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；将上述黑色滤渣用去离子水洗涤4次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入215mL无水乙醇、45mL去离子水、4mL质量分数为25%的氨水、0.9g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以350r/min的转速开始搅拌，搅拌反应6.5h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；按重量份数计，将25份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、32份膨润土、65份杨木粉、9份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有110份丙酮的烧杯中，加热升温至52℃，保温反应32min，得到粘稠粉料；将上述粘稠粉料与聚乙烯醇按质量比为10︰1混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入尺寸为100mm×20mm×20mm的长条形模具中，将长条形模具置于设定温度为85℃的烘箱中，预热22min，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中，控制热压温度为215℃，热压压力为4MPa，热压时间为4min，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

实例3

将25g六水氯化铁加入装有180mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入40mL质量分数为30%的醋酸钠溶液和6g聚乙二醇，继续混合搅拌50min得到粘稠液体；将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于设定温度为200℃的烘箱中，反应10h，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒5次，将洗涤后的黑色粉粒置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，干燥7h，得到四氧化三铁磁性纳米粉；取15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于250mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为25kHz，超声分散15min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；将上述黑色滤渣用去离子水洗涤5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入230mL无水乙醇、50mL去离子水、5mL质量分数为25%的氨水、1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以400r/min的转速开始搅拌，搅拌反应7h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；按重量份数计，将30份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、35份膨润土、70份杨木粉、10份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有120份丙酮的烧杯中，加热升温至55℃，保温反应35min，得到粘稠粉料；将上述粘稠粉料与聚乙烯醇按质量比为10︰1混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入尺寸为100mm×20mm×20mm的长条形模具中，将长条形模具置于设定温度为90℃的烘箱中，预热25min，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中，控制热压温度为230℃，热压压力为5MPa，热压时间为5min，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

对比例

以天津某公司生产的可回收吸附型磁性木材作为对比例 对本发明制得的可回收吸附型磁性木材和对比例中的可回收吸附型磁性木材进行性能检测，检测结果如表1和表2所示：

1、测试方法：

汞离子吸附效率测试采用快速测汞仪进行检测；

铅离子吸附效率测试采用铅含量检测仪UX-210进行检测；

铬离子吸附效率测试采用原子吸收光谱法进行检测；

铜离子吸附效率测试采用碘量法进行检测；

重复利用次数测试：将实例1～3和对比例中的磁性木材包覆在具有高频电磁辐射的房间外，测试房间内的电磁辐射的去除率，再将上述使用过的木材重新包覆在另一间具有高频电磁辐射的房间外，测试房间内的电磁辐射去除率，重复上述实验，记录每次电磁辐射去除效率。

表1磁性木材性能测定结果

测试项目	实例1	实例2	实例3	对比例
					汞离子吸附效率（%）	96	97	98	75
铅离子吸附效率（%）	94	95	96	69
					铬离子吸附效率（%）	95	96	97	70
铜离子吸附效率（%）	95	96	98	68

表2磁性木材性能测定结果

测试项目	实例1	实例2	实例3	对比例
					重复利用次数（次）	10	10	10	3
1次电磁辐射去除效率（%）	99.6	99.7	99.8	92.8
					2次电磁辐射去除效率（%）	99.6	99.6	99.8	85.4
3次电磁辐射去除效率（%）	99.5	99.5	99.7	41.2
					4次电磁辐射去除效率（%）	99.3	99.4	99.7	0
5次电磁辐射去除效率（%）	99.4	99.5	99.6	0
					6次电磁辐射去除效率（%）	99.3	99.4	99.5	0
7次电磁辐射去除效率（%）	99.1	99.3	99.3	0
					8次电磁辐射去除效率（%）	90.1	90.5	90.9	0
9次电磁辐射去除效率（%）	89.1	89.4	89.4	0
					10次电磁辐射去除效率（%）	88.4	88.6	88.8	0

根据上述中数据可知本发明制得的可回收吸附型磁性木材用于重金属吸附处理过程中具有良好的磁性，对重金属离子具有高效的吸附性，可以达到95％以上，可以重复利用10次以上，且在重复使用10次以后，电磁辐射去除效率可以达到88%以上，具有很好的电磁辐射去除效率，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将20～25g六水氯化铁加入装有150～180mL乙二醇的烧杯中，搅拌至六水氯化铁溶解，向烧杯中加入30～40mL醋酸钠溶液和5～6g聚乙二醇，继续混合搅拌得到粘稠液体；

（2）将粘稠液体转移至水热反应釜中，密封水热反应釜，将水热反应釜置于烘箱中反应，将磁铁放入水热反应釜中，吸附分离出黑色粉粒，用无水乙醇和去离子水依次洗涤黑色粉粒4～5次，将洗涤后的黑色粉粒置于真空干燥箱中干燥，得到四氧化三铁磁性纳米粉；

（3）取10～15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200～250mL盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，超声分散，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣；

（4）将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3～5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200～230mL无水乙醇、40～50mL去离子水、4～5mL氨水、0.8～1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器开始搅拌，搅拌反应，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉；

（5）按重量份数计，将20～30份包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉、30～35份膨润土、60～70份木粉、8～10份十六烷基三甲基溴化铵分散于装有100～120份丙酮的烧杯中，保温反应，得到粘稠粉料；

（6）将上述粘稠粉料与聚乙烯醇混合，得到预成型粉料，将预成型粉料装入长条形模具中，将长条形模具置于设定烘箱中预热，出模得到木材坯体，将木材坯体置于热压机中热压，自然冷却至室温，得到可回收吸附型磁性木材。

2.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（1）所述的醋酸钠溶液的质量分数为30%，混合搅拌时间为40～50min。

3.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述的烘箱设定温度为190～200℃，反应时间为8～10h，真空干燥箱设定温度为60～80℃，干燥时间为6～7h。

4.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的取10～15g四氧化三铁磁性纳米粉分散于200～250mL质量分数为15%的盐酸中，得到悬浮分散液，将悬浮分散液放入超声分散仪中，控制超声频率为20～25kHz，超声分散10～15min，得到超声分散液，将超声分散液过滤分离得到黑色滤渣。

5.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（4）所述的将上述黑色滤渣用去离子水洗涤3～5次后，放入四口烧瓶中，向四口烧瓶加入200～230mL无水乙醇、40～50mL去离子水、4～5mL质量分数为25%的氨水、0.8～1.0g正硅酸乙酯，启动搅拌器，以300～400r/min的转速开始搅拌，搅拌反应6～7h，得到混合液，用磁铁吸附分离混合液，吸附得到包覆单层二氧化硅的磁性纳米粉。

6.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（5）所述的所用木粉为杨木粉、红木粉、针叶木粉中的一种木粉，加热升温后温度为50～55℃，保温反应时间为30～35min。

7.根据权利要求1所述的一种可回收吸附型磁性木材的制备方法，其特征在于：

步骤（6）所述的粘稠粉料与聚乙烯醇混合的质量比为10︰1，长条形模具的尺寸为100mm×20mm×20mm，烘箱的设定温度为80～90℃，预热时间为20～25min，控制热压温度为200～230℃，热压压力为4～5MPa，热压时间为4～5min。