CN108607515A - 一种具有快速吸附重金属离子的改性木粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，首先用次氯酸钠处理木粉部分去除木粉中的木质素成分，提高木粉孔隙率和比表面积以提供更多的吸附位点；然后利用多巴胺和聚乙烯亚胺将大量的氨基基团接枝在木粉上，通过氨基和重金属离子的螯合能力来提高木粉的吸附性能。本发明所述方法制备出的木粉具有快速吸附废水中铬离子和铅离子的能力，在铬离子含量为0.05mg/ml的100ml废水中、改性木粉添加量为1g、酸碱度为1的条件下，该木粉在3h可吸附4.95mg铬离子，去除率达99％。在铅离子含量为0.1mg/ml的100ml废水中、木粉添加量为1g，该木粉在3h可吸附9.37mg铅离子，去除率达93.7％。此外，本发明涉及到的改性木粉，其制备工艺简单、价格便宜、吸附速度快、吸附能力较强。

Description

一种具有快速吸附重金属离子的改性木粉的制备方法
技术领域
本发明涉及木材技术领域，尤其涉及一种工业废水中重金属离子快速吸附用材料及其制备方法。
背景技术
重金属不同于一般的有机污染物，它毒性大、难治理、不可降解，且毒性长期存在，对人体和其他生物具有严重的潜在危害。近年来，含重金属的工业废水排放量激增，使水体遭受严重的污染。目前来讲，对废水中重金属离子的去除，常规的处理方法包括：混凝沉淀法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离技术和吸附法等。其中吸附法具有去除效率高、操作简单、可再生，环保等优点，引起了众多研究者的关注。
目前使用最为广泛的吸附材料是活性炭，活性炭发达的孔隙结构、极大的比表面积赋予了其超强的吸附能力。但是，活性炭吸附存在很多问题：成本高、选择吸附能力差、难以回收重新利用、制备能耗大等，极大地限制了活性炭作为吸附材料在废水中吸附重金属离子的大规模应用。为了解决以上问题，急需开发一种制备工艺简单、价格便宜、吸附速度快、吸附能力强，且能够循环利用安全无毒的新型吸附材料。
木粉是木材工业领域价格低廉的副产品，含有纤维素、半纤维素和木质素三大主要化学成分，分子结构中含有大量的羟基、羰基、羧基、甲氧基等含氧官能团，另外木粉作为一种天然的多孔性高分子材料，具备从微孔(<2nm)到大孔(>50nm)的多尺度孔隙结构，因此可以作为吸附材料的理想基质。
有研究表明，通过与商业活性炭颗粒进行对比，发现木粉虽然比表面积较小，显示出较低的吸附能力，但木粉具有较快的吸附速率。同时，如果按照单位比表面积计算，木粉的吸附能力是商业活性炭的32倍，表明木粉表面反应活性高于活性炭。木粉的这种快速吸附能力对提高污染物吸附效率、减少处理时间、降低处理成本具有巨大的潜在优势。木粉的网状结构和内部较多的孔隙对木粉的吸附性能具有较大影响。木粉的分子结构中存在大量的羟基、醚键等含氧官能团，丰富的孔隙结构能够为吸附提供较多的活性位点，从而提高了吸附速度。
另外，与其他吸附材料相比，木粉属于生物质资源，具有价格低廉、来源广泛、可再生以及可生物降解等特点，基于木粉及其相关产物的研究随着新材料技术、新能源技术等高新技术的飞速发展向高附加值、精深加工、定向转化、功能化、环境友好化等方向转变，具有深远的意义和广阔的应用前景。因此，利用木粉制备水体中重金属离子吸附材料，不仅能解决成本问题，还能避免制备过程中高能耗和污染问题，满足节约成本和节能环保的要求，达到“以废治废”的目的，有利于工业化生产的应用。
然而，木粉的孔径较小，存在孔膜，且孔内有一些胶状物质，导致其比表面积并不高，吸附能力较低，因此，有关木粉用于吸附的报道并不多，为提高木粉的吸附效果，对其进行前期扩孔处理以增加比表面积，以及后期进行化学改性处理以改变其极性是一种可行的方法。因此，利用木粉制备新型功能性吸附材料，能够体改木粉附加值和实现资源高值化利用，另外，还可以为水环境中重金属治理提供新技术，具有重要理论和现实意义。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种能够在废水中快速吸附重金属离子的木粉及其制备方法。
本发明通过下述技术方案予以实现：
一种具有快速吸附重金属离子功能的改性木粉的制备方法，首先将60-80目木粉置于质量分数为1-3％的次氯酸钠溶液中，50℃反应24h，用去离子水反复洗至中性，并103℃烘干得到处理后的木粉；然后将处理后的木粉浸渍在多巴胺和聚乙烯亚胺混合溶液中，多巴胺的添加量为1-3mg/ml，聚乙烯亚胺的添加量为1-3mg/ml，50℃反应24h，处理后的木粉用水洗至中性，并于103℃烘干，得到具有快速吸附重金属离子功能的木粉。
作为优选方案，所述木粉为杨木粉、桉木粉、松木粉中的一种，最优选为杨木粉；次氯酸钠的质量分数为2％，多巴胺的添加量为2mg/ml，聚乙烯亚胺的添加量为2mg/ml。
本发明所述的方法，首先用次氯酸钠处理木粉以部分去除木粉中的木质素成分，提高木粉孔隙率和比表面积，然后利用多巴胺和聚乙烯亚胺将大量的氨基基团接枝在木粉上，通过氨基和重金属离子的螯合能力来提高木粉的吸附性能。本发明所述方法制备出的木粉具有快速吸附废水中铬离子和铅离子的能力，不同浓度次氯酸钠以及多巴胺和聚乙烯亚胺处理的木粉在铬离子含量为0.05mg/ml的100ml废水中，改性木粉添加量为1g，酸碱度为1，吸附时间为3小时的条件下，吸附效果如图1所示，最优条件下可吸附4.95mg铬离子，去除率达99％。在铅离子含量为0.1mg/ml的100ml废水中，木粉添加量为1g，该木粉在3h可吸附9.37mg铅离子，去除率达93.7％。此外，本发明涉及到的改性木粉，其制备工艺简单、价格便宜、吸附速度快、吸附能力较强。
附图说明
图1.不同浓度次氯酸钠溶液以及多巴胺和聚乙烯亚胺溶液处理的木粉在六价铬离子含量为0.05mg/ml的100ml废水中、改性木粉添加量为1g、酸碱度为1、吸附时间为3小时的条件下的吸附效果对照图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明涉及到的原料均可市购获得，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
实施例1
一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将60-80目木粉置于质量分数为2％的次氯酸钠溶液中，50℃反应24h，用去离子水反复洗至中性，并103℃烘干得到处理后的木粉。
(2)将步骤一中处理后的木粉浸渍在多巴胺和聚乙烯亚胺混合溶液中，多巴胺的添加量为2mg/ml，聚乙烯亚胺的添加量为2mg/ml，50℃反应24h，处理后的木粉用水洗至中性，并于103℃烘干，得到具有快速吸附重金属离子功能的木粉。
实施例2
一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，同实施例1，其区别仅在于：将木粉置于质量分数为3％的次氯酸钠溶液中。
实施例3
一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，同实施例1，其区别仅在于：多巴胺的添加量为3mg/ml。
实施例4
一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，同实施例1，其区别仅在于：聚乙烯亚胺的添加量为3mg/ml。
实施例5
一种具有快速吸附废水中重金属离子功能的改性木粉的制备方法，同实施例1，其区别仅在于：将杨木粉换成松木粉。
本发明所述方法制备出的木粉具有快速吸附废水中铬离子和铅离子的能力，不同浓度次氯酸钠以及多巴胺和聚乙烯亚胺处理的木粉在铬离子含量为0.05mg/ml的100ml废水中、改性木粉添加量为1g、酸碱度为1、吸附时间为3小时的条件下，吸附效果如图1所示，最优条件下可吸附4.95mg铬离子，去除率达99％。在铅离子含量为0.1mg/ml的100ml废水中，木粉添加量为1g，该木粉在3h可吸附9.37mg铅离子，去除率达93.7％。
虽然，上文中已经用一般性说明和具体实施方式等，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种具有快速吸附重金属离子功能的改性木粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：木粉置于次氯酸钠溶液中，在一定温度条件下反应一段时间，然后洗涤至中性并烘干，得到处理后的木粉；
步骤二：将步骤一中处理后的木粉浸渍在多巴胺和聚乙烯亚胺混合溶液中，在一定温度条件下反应一段时间，然后洗涤至中性并烘干，得到具有快速吸附重金属离子功能的改性木粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述木粉为杨木粉、桉木粉、松木粉中的一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述木粉为杨木粉。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述次氯酸钠的质量分数为1％-3％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述次氯酸钠的质量分数为2％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述多巴胺的添加量为1-3mg/ml。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述多巴胺的添加量为2mg/ml。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯亚胺的添加量为1-3mg/ml。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯亚胺的添加量为2mg/ml。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述一定温度条件为50℃，所述一段时间为24h。
11.根据权利要求1～10中任一权利要求所述的制备方法得到的具有快速吸附重金属离子功能的改性木粉。
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