CN114272907A - 一种磁性木质纤维素纳米微球及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种磁性木质纤维素纳米微球，以木质纤维素乙酸溶液、磁性材料颗粒、液体石蜡、甲醛和己二醛为原料，在反应釜中经过充分搅拌反应、进一步反应和继续反应，经磁分离和干燥，制备得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球成品，制得的磁性木质纤维素纳米微球用于铼元素吸附实验，吸附效果良好。该磁性木质纤维素纳米微球，实现了固液吸附提取铼，其制备方法简单方便，成本低，可循环使用，环境污染小，可产生巨大的经济及社会效益。

Description

一种磁性木质纤维素纳米微球及其应用方法

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种磁性木质纤维素纳米微球及其应用方法。

背景技术

纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上。棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50％。木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。通过筛选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、中和、筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用材料的需要。由于处理温度高达250℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害，属绿色环保产品，这是其它矿物质素纤维所不具备的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增稠抗裂性能。

铼作为一种稀散元素含量仅为1×10^-9％。铼因具有高熔点、高沸点、密度大、优异的延展性、成型性、催化活性等独特优异的物理化学性质，使得铼以及其合金在石油化工、航空航天、冶金、国防等领域有着巨大的应用前景，在市场上供不应求。铼提取分离的困难性与铼及其合金的稀散性，使得铼的价格步步高升，从而引起了人们的重视。故研究铼的提取分离成为研究铼工作的重中之重。

目前，木质纤维素资源丰富，且赋予磁性后可以进行金属元素的吸附，对铼元素的吸附具有操作简单，环境污染小的特性，但选择性较差，面对这一现状，探寻一种新的纤维素微球用来吸附铼就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性木质纤维素纳米微球，以木质纤维素乙酸溶液、磁性材料颗粒、液体石蜡、甲醛和己二醛为原料，在反应釜中经过充分搅拌反应、进一步反应和继续反应，经磁分离和干燥，制备得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球成品，制得的磁性木质纤维素纳米微球用于铼元素吸附实验，吸附效果良好。该磁性木质纤维素纳米微球，实现了固液吸附提取铼，具有工艺简单，反应绿色无污染，可循环利用，保护了环境，极大地降低了生产的成本。

本发明采用的技术方案是：

一种磁性木质纤维素纳米微球，制备方法如下：

将1.5-2.0％木质纤维素乙酸溶液加入反应釜，加入磁性材料颗粒，搅拌分散均匀，加入液体石蜡，加热，充分搅拌反应，缓慢加入甲醛溶液，进一步反应，再缓慢滴加己二醛，调节并维持pH，升温，继续反应，待溶液冷却至室温，分别用石油醚和无水乙醇反复洗涤5-10次，采用磁分离方法进行吸附分离，将磁性产物于真空烘箱中干燥24-30h，干燥温度维持在45-55℃，得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球。

上述的磁性木质纤维素纳米微球，优选地，磁性材料颗粒为PEG化四氧化三铁磁性纳米颗粒，即聚乙二醇修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒。

上述的磁性木质纤维素纳米微球，进一步地，所述搅拌反应，加热温度为40-60℃，调节并维持pH＝9.0-10.0；所述进一步反应，调节并维持pH＝5.0-6.0，反应时间30-40min；所述继续反应，调节并维持pH＝9.0-10.0，升温至60-70℃，继续反应2-3h。

上述的磁性木质纤维素纳米微球，进一步地，所述液体石蜡与木质纤维素乙酸溶液体积比为1.2-1：1；所述甲醛溶液与木质纤维素乙酸溶液体积比为1/3-1/2：1。

上述的磁性木质纤维素纳米微球，进一步地，所述己二醛与磁性材料颗粒质量比为1.1-1：1。

上述的磁性木质纤维素纳米微球，进一步地，所述甲醛溶液为35～40％的甲醛水溶液(福尔马林)。

本发明同时提供了上述磁性木质纤维素纳米微球的应用方法，将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，作为铼元素的吸附剂。

进一步地，将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，含铼溶液进入离子交换柱，被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，解吸，浓缩，获得含铼溶液浓缩液。

优选地，将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，低品位铼酸铵溶液进入离子交换柱，被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，解吸，浓缩，获得铼酸铵浓缩液。进一步地，将所述铼酸铵浓缩液蒸发浓缩，静置结晶，重结晶提纯，获得铼酸铵产品。

本发明合成了具有磁性的木质纤维素纳米微球，该纳米微球具有造价低廉，清洁环保，可循环利用的优点，本发明合成方法简单，原料来源广泛，成本低，可以实现工业化生产。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种磁性木质纤维素纳米微球，制备方法如下：

将1.5％木质纤维素乙酸溶液加入反应釜，加入PEG化四氧化三铁磁性纳米颗粒，搅拌分散均匀，加入同体积比的液体石蜡，加热到40℃，调节并维持pH＝9.0，充分搅拌反应后，缓慢加入1/3体积比的35％甲醛溶液，调节并维持pH＝5.0，进一步反应30min，再缓慢滴加与磁性纳米颗粒1:1质量比的己二醛，调节并维持pH＝9.0，升温至60℃，继续反应2h，待溶液冷却至室温，分别用石油醚和无水乙醇反复洗涤5次，采用磁分离方法进行吸附分离，将磁性产物于真空烘箱中干燥24h，干燥温度维持在45℃，得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球。

吸附实验：

将实施例1制备的磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，吸附处理含铼物料辉钼矿氧化浸出液，浸出液成分为低品位铼酸铵，将浸出液进入离子交换柱，铼酸铵被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，用氨水解吸，浓缩，获得铼酸铵浓缩液；90℃蒸发浓缩，60℃静置结晶，重结晶提纯，获得铼酸铵产品，测试吸附率及产品纯度。实验结果显示，铼酸铵在磁性木质纤维素纳米微球上的吸附率可达97.0％以上，铼酸铵纯度可达99.9％以上。

实施例2

一种磁性木质纤维素纳米微球，制备方法如下：

将1.75％木质纤维素乙酸溶液加入反应釜，加入PEG化四氧化三铁磁性纳米颗粒，搅拌分散均匀，加入1.1：1体积比的液体石蜡，加热到50℃，调节并维持pH＝9.5，充分搅拌反应后，缓慢加入1/3体积比的40％甲醛溶液，调节并维持pH＝5.5，进一步反应35min，再缓慢滴加与磁性纳米颗粒1:1质量比的己二醛，调节并维持pH＝9.5，升温至65℃，继续反应2.5h，待溶液冷却至室温，分别用石油醚洗涤5次，用无水乙醇反复洗涤8次，采用磁分离方法进行吸附分离，将磁性产物于真空烘箱中干燥28h，干燥温度维持在50℃，得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球。

吸附实验：

将实施例2制备的磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，吸附处理含铼物料辉钼矿氧化浸出液，浸出液成分为低品位铼酸铵，将浸出液进入离子交换柱，铼酸铵被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，用氨水解吸，浓缩，获得铼酸铵浓缩液；95℃蒸发浓缩，60℃静置结晶，重结晶提纯，获得铼酸铵产品，测试吸附率及产品纯度。实验结果显示，铼酸铵在磁性木质纤维素纳米微球上的吸附率可达97.5％以上，铼酸铵纯度可达99.9％以上。

实施例3

一种磁性木质纤维素纳米微球，制备方法如下：

将2.0％木质纤维素乙酸溶液加入反应釜，加入PEG化四氧化三铁磁性纳米颗粒，搅拌分散均匀，加入1.2：1体积比的液体石蜡，加热到60℃，调节并维持pH＝10.0，充分搅拌反应后，缓慢加入1/2体积比的35％甲醛溶液，调节并维持pH＝6.0，进一步反应40min，再缓慢滴加与磁性纳米颗粒1.1:1质量比的己二醛，调节并维持pH＝10.0，升温至70℃，继续反应3h，待溶液冷却至室温，分别用石油醚和用无水乙醇反复洗涤10次，采用磁分离方法进行吸附分离，将磁性产物于真空烘箱中干燥30h，干燥温度维持在55℃，得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球。

吸附实验：

将实施例3制备的磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，吸附处理含铼物料辉钼矿氧化浸出液，浸出液成分为低品位铼酸铵，将浸出液进入离子交换柱，铼酸铵被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，用氨水解吸，浓缩，获得铼酸铵浓缩液；95℃蒸发浓缩，55℃静置结晶，重结晶提纯，获得铼酸铵产品，测试吸附率及产品纯度。实验结果显示，铼酸铵在磁性木质纤维素纳米微球上的吸附率可达98.0％以上，铼酸铵纯度可达99.9％以上。

实践证明，本发明的磁性木质纤维素纳米微球，造价低廉，清洁环保，可循环利用作为铼元素吸附剂应用。本发明未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，制备方法如下：

将1.5-2.0％木质纤维素乙酸溶液加入反应釜，加入磁性材料颗粒，搅拌分散均匀，加入液体石蜡，加热，充分搅拌反应，缓慢加入甲醛溶液，进一步反应，再缓慢滴加己二醛，调节并维持pH，升温，继续反应，待溶液冷却至室温，分别用石油醚和无水乙醇反复洗涤5-10次，采用磁分离方法进行吸附分离，将磁性产物于真空烘箱中干燥24-30h，干燥温度维持在45-55℃，得到均匀的磁性木质纤维素纳米微球。

2.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，所述磁性材料颗粒为PEG化四氧化三铁磁性纳米颗粒。

3.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，所述搅拌反应，加热温度为40-60℃，调节并维持pH＝9.0-10.0；所述进一步反应，调节并维持pH＝5.0-6.0，反应时间30-40min；所述继续反应，调节并维持pH＝9.0-10.0，升温至60-70℃，继续反应2-3h。

4.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，所述液体石蜡与木质纤维素乙酸溶液体积比为1.2-1：1；所述甲醛溶液与木质纤维素乙酸溶液体积比为1/3-1/2：1。

5.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，所述己二醛与磁性材料颗粒质量比为1.1-1：1。

6.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于，所述甲醛溶液为35～40％的甲醛水溶液。

7.如权利要求1所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于：将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，作为铼元素的吸附剂的应用。

8.如权利要求7所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于：将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，含铼溶液进入离子交换柱，被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，解吸，浓缩，获得含铼溶液浓缩液。

9.如权利要求8所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于：将所述磁性木质纤维素纳米微球装入离子交换柱内，低品位铼酸铵溶液进入离子交换柱，被吸附在磁性木质纤维素纳米微球上，吸附完成后，解吸，浓缩，获得铼酸铵浓缩液。

10.如权利要求9所述的磁性木质纤维素纳米微球，其特征在于：将所述铼酸铵浓缩液蒸发浓缩，静置结晶，重结晶提纯，获得铼酸铵产品。