一種改性磁性水凝膠重金屬離子吸附劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種改性磁性水凝膠重金屬離子吸附劑的制備方法，屬于吸附劑制備領域。
【背景技術】
[0002]木質素磺酸鹽是造紙工業最主要的副產物之一，僅我國每年就有數百萬噸木質素磺酸鹽產生，目前只有很少的一部分得到利用，因此，積極開發木質素磺酸鹽產品，不斷拓寬其應用范圍，既有利于環保，也有利于資源的利用。高分子水凝膠是一類能在水中溶脹，但又不溶于水，具有三維網狀分子結構的功能材料，高分子水凝膠在農業、建筑業、醫藥行業、生物技術等方面都有重要的應用。高分子水凝膠按來源分為合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠，制造合成高分子水凝膠的原料主要來源于石油工業，是不可再生資源，且這類水凝膠的生物可降解性大多較差，在資源匱乏，環境保護迫在眉睫的今天，天然高分子水凝膠的研發工作具有長遠戰略意義。木質素磺酸鹽具有三維網狀結構，分子中富含羥基、羧基、磺酸基等親水基團，理論上是一種較好的制備水凝膠的原材料。
[0003]無論是傳統的吸附材料(例如活性炭、沸石分子篩、樹脂)，還是近年來備受關注的新型吸附材料水凝膠，都面臨同一個問題，就是當吸附完成后，如何從環境中回收分離這些材料，減少對環境的二次污染。對磁性吸附材料的研究很好地解決了這個問題。根據磁性材料的制備方法，大致可將其分為三類。一類通過對磁性顆粒表面進行改性修飾上某種特定的功能基團常用的改性化合物為殼聚糖、藻酸、聚乙稀酸類等;還有以磁性顆粒為核或以它為殼，與有機聚合物(如桂膠、水凝膠)結合形成一種核殼結構的磁性材料;第三種就是以大孔材料(如沸石、多壁碳納米管)為模板基質，負載磁性顆粒。
【發明內容】
[0004]本發明主要解決的技術問題:針對目前傳統水凝膠制備過程中都要添加化學交聯劑，而交聯劑的昂貴價格無形中提高了生產成本，且水凝膠吸附劑的吸附效果優異，但吸附后難以從待處理污染物中分離得缺陷，提供了一種利用純化木質素磺酸鹽改性水凝膠和鐵鹽復配后制得的磁性重金屬離子吸附劑。本發明制得的吸附劑利用改性木質素磺酸鈉的物理交聯性代替了化學交聯劑的使用，同時木質素磺酸鈉本身帶有的酚羥基、羧基和磺酸基基團也提高了水凝膠的水溶脹性，提高了材料的吸附性能，且磁性鐵的存在使本發明在使用完成后的回收得到了極佳的解決，減少了二次污染的產生。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
(1)稱取50?10g木質素磺酸鈉倒入IL燒杯中，加入500?600mL去離子水，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌20?30min后移入布氏漏斗進行抽濾，得到濾液，向濾液中繼續滴加20?30mL質量濃度為80%的硫酸溶液；
(2)將滴加完硫酸后的混合液倒入200mL容量瓶中，并連接冷凝回流裝置，將容量瓶移入油浴鍋中，升溫至100?120°C，回流I?2h后收集回流冷凝液，向冷凝液中加入5?1g氯化鈉，直至無沉淀物析出，將鹽析得到的沉淀物進行抽濾得固體物后放入烘箱在50?60°C下干燥I?2h，得脫糖純化木質素磺酸鈉；
(3)取3?5mg聚丙烯酰胺裝入帶有攪拌器、滴液漏斗和溫度計的三口燒瓶中，加入3?5g羧甲基纖維素、I?3g瓊脂和2?4g膠原蛋白，通過滴液漏斗向三口燒瓶中加入200?300mL去離子水，啟動攪拌器以300?400r/min的轉速攪拌10?20min;
(4)稱取5?1g上述制得的純化木質素磺酸鈉放入250mL燒杯中，加入150?200mL蒸饋水，用玻璃棒攪拌均勾后加入10?15g過硫酸鈉，繼續攪拌5?1min，制得改性液；
(5)向上述三口燒瓶中以10mL/min的速率通入氮氣，去除瓶內空氣，油浴升溫至70?800C，啟動攪拌器邊攪拌邊將上述制得的改性液逐滴滴入燒瓶中，控制滴加速度使其10?20min內滴加完畢，再加入混合液總質量5?8%的過氧化鈉固體，設置攪拌轉速為900?1000r/min劇烈攪拌30?40min，形成大量氣泡，使水凝膠表面產生大量均勻氣孔；
(6)在IL的三口燒瓶中裝入200?300g上述制得的微孔水凝膠，加入400?500mL蒸餾水，以5mL/min的速率向燒瓶中通入氮氣30?40min后，再向其中加入2?3g硫酸亞鐵和I?3g氯化鐵粉末，啟動攪拌器以300?400r/min的轉速攪拌I?2h，再放入超聲振蕩儀超聲反應20?30min，加入10?20mL質量濃度為5%的氨水直至混合物pH為7?8，移入水浴鍋，加熱至60?70°C，保溫反應3?4h后，過濾得濾渣，用真空干燥器在40?50°C下干燥即得一種改性磁性水凝膠重金屬離子吸附劑。
[0006]本發明的具體應用方法:取本發明制得的改性磁性水凝膠重金屬離子吸附劑，按投加量為10?15g/L向含重金屬鎘離子的廢水池中加入本發明制得的吸附劑，之后對待處理廢水池進行曝氣吸附10?12h，吸附結束后在池子周圍施加勻強磁場，在磁力的作用下，收集吸附完成后的吸附劑，用火焰原子吸收法測定吸附劑對金屬離子的吸附率達到80?90%，具有極佳的吸附效果。
[0007]本發明的有益效果:本發明制得的吸附劑利用改性木質素磺酸鈉的物理交聯性代替了化學交聯劑的使用，同時木質素磺酸鈉本身帶有的酚羥基、羧基和磺酸基基團也提高了水凝膠的水溶脹性，提高了材料的吸附性能，且磁性鐵的存在使本發明在使用完成后的回收得到了極佳的解決，減少了二次污染的產生。
【具體實施方式】
[0008]稱取50?10g木質素磺酸鈉倒入IL燒杯中，加入500?600mL去離子水，放置在磁力攪拌機上，以300?400r/min的轉速攪拌20?30min后移入布氏漏斗進行抽濾，得到濾液，向濾液中繼續滴加20?30mL質量濃度為80%的硫酸溶液；將滴加完硫酸后的混合液倒入200mL容量瓶中，并連接冷凝回流裝置，將容量瓶移入油浴鍋中，升溫至100?120°C，回流I?2h后收集回流冷凝液，向冷凝液中加入5?1g氯化鈉，直至無沉淀物析出，將鹽析得到的沉淀物進行抽濾得固體物后放入烘箱在50?60°C下干燥I?2h，得脫糖純化木質素磺酸鈉；取3?5mg聚丙烯酰胺裝入帶有攪拌器、滴液漏斗和溫度計的三口燒瓶中，加入3?5g羧甲基纖維素、I?3g瓊脂和2?4g膠原蛋白，通過滴液漏斗向三口燒瓶中加入200?300mL去離子水，啟動攪拌器以300?400r/min的轉速攪拌10?20min;稱取5?1g上述制得的純化木質素磺酸鈉放入250mL燒杯中，加入150?200mL蒸饋水，用玻璃棒攪拌均勾后加入10?15g過硫酸鈉，繼續攪拌5?1min，制得改性液；向上述三口燒瓶中以10mL/min的速率通入氮氣，去除瓶內空氣，油浴升溫至70?80°C，啟動攪拌器邊攪拌邊將上述制得的改性液逐滴滴入燒瓶中，控制滴加速度使其10?20min內滴加完畢，再加入混合液總質量5?8%的過氧化鈉固體，設置攪拌轉速為900?1000r/min劇烈攪拌30?40min，形成大量氣泡，使水凝膠表面產生大量均勻氣孔;在IL的三口燒瓶中裝入200?300g上述制得的微孔水凝膠，加入400?500mL蒸饋水，以5mL/min的速率向燒瓶中通入氮氣30?40min后，再向其中加入2?3g硫酸亞鐵和I?3g氯化鐵粉末，啟動攪拌器以300?400r/min的轉速攪拌I?2h，再放入超聲振蕩儀超聲反應20?30min，加入10?20mL質量濃度為5%的氨水直至混合物pH為7?8，移入水浴鍋，加熱至60?70°C，保溫反應3?4h后，過濾得濾渣，用真空干燥器在40?50°C下干燥即得一種改性磁性水凝膠重金屬離子吸附劑。
[0009]實例I
稱取50g木質素磺酸鈉倒入IL燒杯中，加入500mL去離子水，放置在磁力攪拌機上，以300r/min的轉速攪拌20min后移入布氏漏斗進行抽濾，得到濾液，向濾液中繼續滴加20mL質量濃度為80%的硫酸溶液;將滴加完硫酸后的混合液倒入200mL容量瓶中，并連接冷凝回流裝置，將容量瓶移入油浴鍋中，升溫至100°C，回流Ih后收集回流冷凝液，向冷凝液中加入5g氯化鈉，直至無沉淀物析出，將鹽析得到的沉淀物進行抽濾得固體物后放入烘箱在50°C下干燥lh，得脫糖純化木質素磺酸鈉;取3mg聚丙烯酰胺裝入帶有攪拌器、滴液漏斗和溫度計的三口燒瓶中，加入3g羧甲基纖維素、Ig瓊脂和2g膠原蛋白，通過滴液漏斗向三口燒瓶中加入200mL去離子水，啟動攪拌器以300r/min的轉速攪拌10!11；[11;稱取58上述制得的純化木質素磺酸鈉放入250mL燒杯中，加入150mL蒸饋水，用玻璃棒攪拌均勾后加入1g過硫酸鈉，繼續攪拌5min，制得改性液；向上述三口燒瓶中以10mL/min的速率通入氮氣，去除瓶內空氣，油浴升溫至70°C，啟動攪拌器邊攪拌邊將上述制得的改性液逐滴滴入燒瓶中，控制滴加速度使其1min內滴加完畢，再加入混合液總質量5%的