CN112973807B - 一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法 - Google Patents

一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法，包括如下步骤：(1)预处理；(2)溶解再生成形；(3)季铵化改性；(4)清洗转型。本发明采用离子液体将甘蔗渣直接溶解后再生成型制备了尺寸均匀、外观一致的木质纤维素小球，并经过季铵化改性得到一种低成本的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂，与传统生物质粉末型吸附剂相比，所制备的阴离子交换剂具有更稳定的化学和机械性能，适合柱子及床层过滤操作，便于分离和再生，有利于实现低成本高效分离去除水中阴离子污染物。

Description

一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法。
背景技术
水中常见的阴离子污染物有铬酸根(CrO4 2-)、硫酸根(SO4 2-)、硝酸根(NO3 -)、磷酸根(PO4 3-)、砷酸根(AsO4 3-)、氰酸根(CN-)等。这些阴离子污染物种类较多，各自具有不同的生物毒性和环境危害，它们的共同特征是在水溶液中都呈负电性，迁移性强，不易去除分离。一般认为，离子交换吸附是分离去除水体中低浓度离子态污染物的最直接有效的方法。阴离子污染物不易被活性炭、沸石等常见水处理吸附剂所捕捉富集，目前使用和研究较多的阴离子吸附材料主要有阴离子交换树脂(如国产D201等)，黏土矿物类材料(如膨润土等)、金属氧化物及其负载材料(如ZrOOH、FeOOH、LDHs等)等。在这些材料中，阴离子树脂由于具有交换吸附容量大，机械和化学性能稳定，便于再生回收有价值离子等优势，在实际水处理工程中被广泛采用。但是离子树脂价格昂贵，不利于大量应用，而且现流行苯乙烯和丙烯酸系树脂的原材料均是石化产品，随着石化资源的逐步枯竭，世界各国研究者们一直在寻找和开发替代性功能材料。
纤维素作为地球上最丰富的天然高分子，是替代石化产品的重要选择之一。基于纤维素的离子交换吸附材料已被成功开发，据研究纤维素基离子交换剂在蛋白质分离，色谱应用等方面性能优越，但是在水处理中尚有缺陷，应用不多。主要原因是从天然生物质材料如秸秆、木材等中提取纯化纤维素步骤复杂，成本较高，而且纤维素基离子交换剂的交换吸附容量普遍比同类商业阴离子树脂低。人们进一步将目标投向纤维素的天然原材料生物质，提出生物吸附概念(Biosorption)即不必分离提纯纤维素，直接应用富含木质纤维素的天然生物质粉末及其改性材料去除水中污染物。然而，这种粉末型生物吸附剂虽然在实验研究中获得了较好吸附性能，但由于难于分离再生，化学稳定性和机械性能较弱，不适合床层(柱子)过滤操作，在实际中很难推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将甘蔗渣用自来水清洗，接着进行干燥，再通过粉碎筛选，获得70-90目的甘蔗渣粉末；
(2)在离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐缓慢加入步骤(1)制得的甘蔗渣粉末和NaHCO3，于105-115℃下持续搅拌反应0.8-1.2h，然后用注射器抽取反应溶液，挤压逐滴滴入0.1M HCl水溶液中析出固化小球，静置后用去离子水清洗，经干燥获得木质纤维素小球；
(3)将步骤(2)制得的木质纤维素小球、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合，并于95-105℃下搅拌反应1.5-2.5h，接着缓慢滴加吡啶，于95-105℃搅拌反应0.5-1.5h，然后缓慢加入浓度为28-32％的三甲胺溶液，于95-105℃继续搅拌反应0.4-0.6h；
(4)将步骤(3)所得的物料依次经45-55％的乙醇水溶液、0.08-0.12M NaOH水溶液和去离子水清洗，接着浸泡于0.08-0.12M HCl水溶液中转型为Cl-负载型，然后用去离子水清洗至中性，经干燥即得球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中的干燥的温度为55-65℃，时间为20-25h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中，离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、甘蔗渣粉末、NaHCO3的质量比为9-11∶0.2-0.4∶0.02-0.04。
进一步优选的，所述步骤(2)中，离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、甘蔗渣粉末、NaHCO3的质量比为10∶0.3∶0.03。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中的搅拌反应的温度为110℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述所述步骤(2)中的干燥的的温度为55-65℃，时间为10-13h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中，所述木质纤维素小球、环氧氯丙烷、二甲基甲酰胺、吡啶、三甲胺溶液的比例为0.1-0.3g∶2.5-3.5mL∶3.5-3.7mL∶0.1-0.3mL∶4-6mL。
进一步优选的，所述步骤(3)中，所述木质纤维素小球、环氧氯丙烷、二甲基甲酰胺、吡啶、三甲胺溶液的比例为0.2g∶3mL∶3.6mL∶0.2mL∶5mL。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中的搅拌反应的温度为100℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的干燥的的温度为55-65℃，时间为10-13h。
本发明的有益效果是：本发明采用离子液体将其直接溶解后再生成型制备了尺寸均匀、外观一致的木质纤维素小球(LCB)，并经过季铵化改性得到一种低成本的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂(LCB-AE)，与传统生物质粉末型吸附剂相比，所制备阴离子交换剂具有更稳定的化学和机械性能，适合柱子及床层过滤操作，便于分离和再生，有利于实现低成本高效分离去除水中阴离子污染物。
附图说明
图1为本发明实施例1的工艺流程图。
图2为本发明实施例1制得的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的外观照片。
图3为本发明实施例1制得的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的扫描电镜照片。
图4为本发明实施例1制得的球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂对水溶液中几种阴离子的吸附等温线图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
如图1所示，一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理：将甘蔗渣经自来水清洗数次，置于空气干燥箱在60℃下干燥24小时，再通过植物粉碎机粉碎筛选，最后得到粒径为80目的甘蔗渣粉末，于玻璃干燥器中储存待用。
(2)溶解再生成形：取10g离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)于三口烧瓶中，并称量0.3g步骤(1)制得的甘蔗渣粉末，0.03g NaHCO3缓慢加入，110℃下持续搅拌反应1h，然后用注射器抽取反应溶液，挤压逐滴滴入0.1M HCl水溶液中析出固化小球，静置数小时，然后用去离子水清洗2-3次，放入60℃烘箱干燥12h，可得木质纤维素小球LCB。
(3)季铵化改性：称量0.2g LCB材料于三口烧瓶中，分别量取3mL环氧氯丙烷(ECH)和3.6mL二甲基甲酰胺(DMF)加入，并于100℃下搅拌反应2h；然后缓慢滴加0.2mL吡啶，搅拌反应1h；接着向烧瓶中缓慢加入5mL三甲胺溶液(浓度30％)，100℃下继续搅拌反应5h。
(4)清洗转型：将步骤(4)所得的物料分别用50％乙醇水溶液及0.1M NaOH水溶液洗涤，然后用去离子水清洗数次，并置于0.1M HCl水溶液浸泡洗涤将产物转型为Cl-负载型，用去离子水清洗至中性；最后放入真空干燥箱60℃烘12h，即得球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂LCB-AE。
如图1所示，上述LCB-AE呈淡褐色，球形，形态完整，直径较均匀，经测量平均粒径为2.2±0.2mm，触感坚硬，有一定机械强度。如图2所示，经过扫描电子显微镜在低倍和高倍放大观察，上述LCB-AE小球表面疏松，内部多孔，属于孔隙结构发达材料。经过元素分析发现，上述LCB-AE化学元素组成为含C 45.05％，O 6.630％及N 2.28％，并由N含量推算该LCB-AE理论最大阴离子交换容量(即季铵基含量)为1.63mEq/g。如图3所示，在吸附剂量1g/L、反应时间24h、温度298.15K且溶液pH 6.8的吸附条件下，测试了上述LCB-AE对水溶液中CrO4 2-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-等阴离子的吸附能力，所测得的吸附等温线显示，中性pH条件下，该LCB-AE对CrO4 2-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-等阴离子的交换吸附量分别可达到48.89、41.35、31.5、39.42mg/g。实验中还发现该LCB-AE对阴离子的交换吸附在酸性条件下能获得更佳吸附效果。综上所述，本发明材料LCB-AE球形形态稳定，粒径均匀，对水中的CrO4 2-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-等阴离子有良好吸附效果，便于床层过滤操作，在相关水处理领域有较高的应用性和推广性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将甘蔗渣用自来水清洗，接着进行干燥，再通过粉碎筛选，获得70-90目的甘蔗渣粉末；干燥的温度为55-65℃，时间为20-25h；
（2）在离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐缓慢加入步骤（1）制得的甘蔗渣粉末和NaHCO3，于110℃下持续搅拌反应0.8-1.2 h，然后用注射器抽取反应溶液，挤压逐滴滴入0.1 M HCl水溶液中析出固化小球，静置后用去离子水清洗，经55-65℃干燥10-13h获得木质纤维素小球；离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、甘蔗渣粉末、NaHCO3的质量比为9-11:0.2-0.4: 0.02-0.04；
（3）将步骤（2）制得的木质纤维素小球、环氧氯丙烷和二甲基甲酰胺混合，并于95-105℃下搅拌反应1.5-2.5 h，接着缓慢滴加吡啶，于100℃搅拌反应0.5-1.5 h，然后缓慢加入浓度为28-32%的三甲胺溶液，于100℃继续搅拌反应0.4-0.6h；木质纤维素小球、环氧氯丙烷、二甲基甲酰胺、吡啶、三甲胺溶液的比例为0.1-0.3g: 2.5-3.5mL: 3.5-3.7 mL: 0.1-0.3 mL: 4-6mL；
（4）将步骤（3）所得的物料依次经45-55%的乙醇水溶液、0.08-0.12 M NaOH水溶液和去离子水清洗，接着浸泡于0.08-0.12 M HCl水溶液中转型为Cl-负载型，然后用去离子水清洗至中性，经55-65℃干燥10-13h即得球形甘蔗渣木质纤维素基阴离子交换剂。
2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、甘蔗渣粉末、NaHCO3的质量比为10: 0.3: 0.03。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述木质纤维素小球、环氧氯丙烷、二甲基甲酰胺、吡啶、三甲胺溶液的比例为0.2g: 3 mL: 3.6mL: 0.2 mL:5mL。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102423694A (zh) * 2011-08-31 2012-04-25 广西师范大学 木薯秸秆基阴离子吸附剂的制备方法及该吸附剂的应用
CN102641728A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 大连中汇达科学仪器有限公司 以离子液体为溶剂制备纤维素/胶原生物吸附剂
CN102797187A (zh) * 2012-09-07 2012-11-28 南开大学 一种利用离子液体提取生物质原料中纤维素的方法
CN104403110A (zh) * 2014-10-17 2015-03-11 南开大学 一种利用离子液体提取生物质材料中木质素的方法
CN106040177A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 华侨大学 一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102423694A (zh) * 2011-08-31 2012-04-25 广西师范大学 木薯秸秆基阴离子吸附剂的制备方法及该吸附剂的应用
CN102641728A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 大连中汇达科学仪器有限公司 以离子液体为溶剂制备纤维素/胶原生物吸附剂
CN102797187A (zh) * 2012-09-07 2012-11-28 南开大学 一种利用离子液体提取生物质原料中纤维素的方法
CN104403110A (zh) * 2014-10-17 2015-03-11 南开大学 一种利用离子液体提取生物质材料中木质素的方法
CN106040177A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 华侨大学 一种用于去除水中硫酸根的改性活性炭及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Removal of sulphate from aqueous solution using modified rice straw: Preparation, characterization and adsorption performance;Wei Cao et al.;《Carbohydrate Polymers》;20110316;第85卷;摘要，第572页第2.1-2.2节 *

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