CN110743508A - 一种生物质基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质基复合材料的制备方法。本发明将带有丰富官能团的木质素磺酸钠、锌盐和2‑甲基咪唑基单体在溶剂中混合搅拌可制备生物质基复合材料即木质素磺酸钠/ZIF‑8复合材料。本发明的优点是利用木质素磺酸钠较强的亲水性和负电性可与锌盐配位络合进而与2‑甲基咪唑单体反应，所制备的木质素磺酸钠/ZIF‑8复合材料改善了ZIF‑8材料在水中的分散性减少团聚，可用于吸附分离水中污染物。

Description

一种生物质基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及制备一种生物质基复合材料实现快速、高效的吸附分离性能。本发明的生物质基复合材料利用木质素磺酸钠的亲水性及负电性改善ZIF-8纳米粒子的分散性，使其可与水中污染物充分接触以提高去除效率。
背景技术
近年来，我国经济取得长足的发展，但同时也带来了较大的环境污染。其中，纺织、造纸及化工等工业中排放的废水中含有大量的重金属离子及有机染料，这严重威胁了人们的身体健康和破环了生态环境。因此对废水中染料及重金属离子的高效、低成本去除已成为一个需要迫切解决的问题。现阶段对染液废水的处理主要使用吸附法将染液废水净化。活性炭是目前应用最广的吸附剂，但活性炭相对较高的价格、高的操作费用和再生所产生的问题阻碍了这项技术的大规模应用。若能开发产量大、高效吸附且成本低廉的吸附材料则意义重大。
木质素结构单元侧链上存在醇羟基，可同亚硫酸钠反应并易在α-碳原子上引入磺酸基团而生成木质素磺酸盐，木质素磺酸盐是具有三维网状结构的高分子芳香聚合物，分子中主要含有羟基、甲氧基、羧基、磺酸基、共轭双键等多种活性官能团。木质素磺酸盐分子中的亲水性很强的磺酸基以及疏水性的碳链和苯环，使其具有一定的表面活性，它在溶液中还能电离使自身带上负电荷，此外这些基团中的氧原子所含有的未共用电子对能和金属离子络合。类沸石金属-有机骨架(Zeolitic Imidazolate Frameworks，简称ZIFs)材料属于金属-有机骨架材料的一个子类，是由二价金属离子和咪唑类有机配体配位自组装形成的具有类似硅氧沸石拓扑结构的骨架材料。ZIFs材料的多孔结构和高稳定性使其可成为高性能分离材料，应用于吸附分离水中染料和重金属离子。然而疏水性ZIFs粉末在水溶液中分散性差不利于充分发挥其吸附性能。
若将木质素磺酸钠作为分散剂与ZIFs材料结合则可减少其疏水性，使其在水中的分散性得到改善。另外，木质素磺酸钠/ZIFs复合材料可结合两材料的优异吸附性能，增加两者的吸附量。
发明内容：
本发明提供基于木质素磺酸钠和ZIF-8型金属有机骨架材料制备一种生物质基复合材料，利用木质素磺酸钠的亲水性和负电性改善ZIF-8纳米粒子在水中的分散性，以快速高效吸附分离水中污染物。
为了达到上述目的，本发明提供了一种生物质基复合吸附材料的制备方法，其包括如下步骤：配制木质素磺酸钠水溶液，配制醋酸锌水溶液，配制2-甲基咪唑水溶液，将木质素磺酸钠溶液按一定比例加入锌盐溶液混合均匀并充分作用后，将2-甲基咪唑溶液按与醋酸锌摩尔比为10:1的配比加入上述混合液，在30℃、150r/min条件下搅拌3h；反应结束后，离心收集反应液中的棕色固体，并用去离子水和甲醇多次浸泡以除去未反应配体单体，所得提纯后的固体产物在80℃真空条件下干燥24h得到固体粉末状木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料。
在上述一种生物质基复合吸附材料的制备方法中，优选地，所述木质素磺酸钠与锌盐的质量比为：1:1～1:10。
有益效果：
基于木质素磺酸钠较强的亲水性和负电性，其可与锌离子配位络合进而改善ZIF-8材料在水中的分散性减少团聚。本发明所制备的木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料用于吸附分离水中污染物，可表现出快速、高效的吸附分离性能且高于ZIF-8材料。
具体实施方式：
本发明提供一种用于吸附分离水中污染物的生物质基复合材料及其制备方法。
对比例
ZIF-8的制备：分别配制醋酸锌水溶液和2-甲基咪唑水溶液，室温下将醋酸锌与2-甲基咪唑按摩尔比为1:10的比例迅速混合并搅拌30min，继续在30℃下反应5h得到白色ZIF-8分散液。高速离心收集所得ZIF-8粒子，多次洗涤浸泡再离心得到纯化ZIF-8，80℃下真空烘干24h可得到的粉末状ZIF-8。
所制备的ZIF-8用于静态吸附试验，评测其吸附性能。配制浓度为50mg/L的刚果红水溶液，称取0.01g吸附剂加入10mL的刚果红水溶液，在30℃、150r/min条件下吸附3h后，离心分离吸附剂和溶液，取上层溶液用紫外分光光度计测定吸附后的刚果红水浓度，由以下定义式计算吸附剂在该吸附条件下的刚果红吸附量和去除率。该例所测吸附结果见表1。
q＝(C0-Ct)V/m
式中，q为吸附量，mg/g；C0与Ct分别为吸附前和吸附后的溶液浓度，mg/L；V为所用吸附溶液体积，L；m为所用吸附剂质量，g。
实施例1～5
木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料的制备：实施例制备条件见表1，分别配制木质素磺酸钠水溶液、醋酸锌水溶液和2-甲基咪唑水溶液，室温下，按木质素磺酸钠与醋酸锌质量比为1:2～1:10的配比将两种溶液混合均匀并充分作用后，将2-甲基咪唑溶液按与醋酸锌摩尔比为10:1的比例加入上述混合液，在30℃、150r/min条件下搅拌3h，通过原位生长反应得到木质素磺酸钠/ZIF-8分散液。静置1h后，棕色固体自然沉降，低速离心收集所得木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料，用去离子水和甲醇多次过夜浸泡再离心得到纯化木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料，80℃下真空烘干24h可得到棕色粉末状木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料。
表1实施例的制备条件
Figure BDA0002278604000000031
制备的木质素磺酸钠/ZIF-8材料与对比例采用相同的吸附性能评测，所测吸附结果见表2。由表2所示吸附性能可以看出上述六例中3h吸附时间内，吸附量随着锌盐含量增加而先增加趋于稳定，当木质素磺酸钠与锌盐两者比例为1:6时，染料去除率可高达97％以上，因此当两者比例为1:6时吸附分离性能最优。
表2对比例和实施例所用吸附剂在不同吸附时间下的吸附量
Figure BDA0002278604000000041

Claims (2)

1.一种生物质基复合材料的制备方法，包括如下步骤：配制木质素磺酸钠水溶液，配制醋酸锌水溶液，配制2-甲基咪唑水溶液，将木质素磺酸钠溶液按一定比例加入锌盐溶液混合均匀并充分作用后，将2-甲基咪唑溶液按与醋酸锌摩尔比为10:1的配比加入上述混合液，在30℃、150r/min条件下搅拌3h；反应结束后，离心收集反应液中的棕色固体，并用去离子水和甲醇多次浸泡以除去未反应配体单体，所得提纯后的固体产物在80℃真空条件下干燥24h得到固体粉末状木质素磺酸钠/ZIF-8复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质素磺酸钠与锌盐的质量比为：1:1～1:10。
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