[发明专利]一种改性磁性秸秆阴离子吸附剂的制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用农作物秸秆为主要原料制备改性磁性秸秆阴离子吸附剂的方法，属于废物资源化利用及环境与化学技术领域。

背景技术

在水处理过程中，吸附剂利用其丰富的孔结构、比表面积加之通过表面各种活性基团与吸附质的相互作用，从液相中萃取出污染物，从而达到水质净化的作用。其中，吸附法与其他工艺相比优势在于能够处理生物法难以处理的金属离子、难降解有机物及一些阴离子污染物。但与此同时，吸附法也存在许多不足之处，其中吸附剂的固液分离困难一直是阻碍吸附技术进步的一大问题，因而近年来许多学者致力于研究磁性吸附剂并应用于水体中污染物质的去除。研究可知，在外加磁场的帮助下，磁性吸附剂能够快速实现固液分离，并同时拥有高速的传质速率和良好的接触效率，因而可在很大程度上可以解决传统吸附法所面临的问题。

在为数众多的吸附剂实施应用中，研究高度重视针对阴离子的去除，但利用磁性吸附剂进行阴离子的吸附处理却鲜为报导。据国内外最新报导，用麦草、水稻、玉米等农作物秸秆改性制备的吸附剂可用于多种阴离子污染物的处理等，而利用农作物秸秆制备新型吸附剂、离子交换剂等环保材料也日趋成为环境材料领域的研究热点。与此同时，本研究发现，利用共聚沉淀、表面修饰等化学改性方法，能够研制出多种机械强度高、化学稳定性好、吸附性能好、成本低廉且环境友好的新型磁性农作物秸秆阴离子吸附剂。一方面，它具有高分子材料的众多特性，可通过表面改性引入多种反应性官能团，如羟基、羧基、氨基、醛基等；另一方面，它又具有超顺磁性，可以很方便地在外加磁场作用下从介质中分离出来。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以农作物秸秆为原料制备改性磁性秸秆阴离子吸附剂的方法。

原料说明：

本发明采用的原料为干燥后的粉碎农作物秸秆，其纤维素含量为30-50％，半纤维素含量为5-40％，木质素含量为5-50％，其余为蛋白质及灰分。

本发明的技术方案如下：

一种改性磁性秸秆阴离子吸附剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将农作物秸秆粉碎成颗粒状，与铁元素浓度为0.05～0.5mol/L的Fe²⁺/Fe³⁺混合液按质量体积比1:50～150的比例混合，单位g/ml，Fe²⁺/Fe³⁺混合液中Fe²⁺：Fe³⁺的摩尔比＝1:0.5～5；然后在搅拌条件下加入浓度20～25％氨水，农作物秸秆与氨水的质量体积比为1:5～20，于50～110℃下搅拌反应1～8小时，整个反应过程在厌氧环境下进行，反应结束后进行冷却，利用磁铁将产物析出，然后用去离子水洗涤，抽滤、真空干燥，过筛分级去除四氧化三铁杂质，得磁性秸秆吸附剂；

(2)将步骤(1)制得的磁性秸秆吸附剂与环氧氯丙烷按质量体积比1：2～10的比例混合，单位g/ml，置于容器中，搅拌加入反应介质N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N-二甲基甲酰胺的用量与环氧氯丙烷的体积比为1:0.1～10，在30～120℃下搅拌反应30～120min，得中间产物；

(3)向步骤(2)的中间产物中滴加乙二胺交联剂，磁性秸秆吸附剂与乙二胺质量体积比为1:0.5～5，单位g/ml，继续搅拌反应30～120分钟，温度控制在30～120℃；反应结束后，将产物用去离子水洗涤，抽滤、真空干燥，过筛分级；

(4)向步骤(3)制得的产物中滴加三乙胺，所述产物与三乙胺的质量体积比为1:5～10，单位g/ml，温度控制在50～120℃，并搅拌反应0.5～4小时，得固体产物，将所得固体产物用去离子水洗涤，真空干燥，过筛分级，得改性磁性秸秆阴离子吸附剂。

本发明优选的，步骤(1)所述农作物秸秆是玉米秸秆、麦草秸秆、棉花秸秆、稻草秸秆、甘蔗秸秆或其混合物。

本发明优选的，步骤(1)中，农作物秸秆颗粒粒径为400～500μm。

本发明优选的，步骤(1)中，农作物秸秆颗粒的加入量与Fe²⁺/Fe³⁺混合液的质量体积比＝1:90～120，所述搅拌反应温度优选80～100℃。

本发明优选的，步骤(2)中，磁性秸秆吸附剂与环氧氯丙烷按质量体积比＝1:4～6，搅拌反应温度优选为30～60℃，搅拌反应时间优选为40～60min。

本发明优选的，步骤(3)中，磁性秸秆吸附剂与乙二胺质量体积比＝1:1～2，搅拌反应温度优选为80～90℃，搅拌反应时间优选为50～70min。