[发明专利]一种基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铬中的应用

说明书

本发明属于磁性吸附剂技术领域，公开了一种基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铬(VI)中的应用。本发明方法包括以下步骤：把硫酸亚铁和氯化铁溶于水中，预热，滴加氨水，70～90℃保温熟化3～4h；把木质素羧酸盐溶液、短链醇加入体系中，保温搅拌1～3h；分离，干燥；得到基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒。本发明以来源丰富的木质素羧酸盐为供碳源，价格低廉，绿色环保，通过控制木质素在磁性粒子表面的包载量，更关键是对磁性纳米颗粒粒径的调控，提高对铬(VI)的吸附性能，制备得到的基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒具有结合力强、包载量大、对铬(VI)吸附能力强的优点，可应用于于吸附铬(VI)中。

技术领域

本发明属于磁性吸附剂技术领域，特别涉及一种基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒及其制备方法和在吸附铬(VI)中的应用。

背景技术

磁性纳米粒子在磁流体、催化、靶向医疗、吸附分离、核磁共振等领域具有广泛的应用。为了进一步对磁性颗粒进行功能化，并防止颗粒的氧化和团聚，通常需要利用高分子物质对其表面进行修饰。目前国内外科技工作者对此进行了大量的研究工作。

Xuan等先制备出Fe₃O₄纳米颗粒，然后加入苯胺，通过引发剂引发苯胺分子在纳米颗粒表面聚合，制得Fe₃O₄/聚苯胺磁性复合微球。这种微球具有蓝莓的形态，再在表面包覆一层金纳米粒子后，在催化领域有特殊应用。Xu等以多巴胺为螯合剂，在磁性纳米氧化铁表面引入氨基，然后通过肽键将蛋白质修饰到磁性纳米粒子上。壳聚糖分子中含有大量羟基和氨基，容易接枝在磁性材料表面。Zhou等采用乙二胺对磁性壳聚糖微球进行氨基化改性，重点研究乙二胺改性磁性壳聚糖微球对Hg²⁺和UO₂²⁺的吸附特性，发现随pH值升高，乙二胺改性的磁性壳聚糖微球吸附容量增加。

目前用于修饰磁性纳米粒子的高分子主要是带有羧基、氨基、巯基或羟基等特定官能团的葡聚糖、淀粉、多肽、蛋白质、聚乙二醇、聚丙烯酸酯、聚乳酸等。但综合研究现状，目前采用的方法普遍存在一些不足：(1)一些高分子，如合成高分子、壳聚糖、蛋白质等成本较为昂贵，限制了磁性纳米颗粒在吸附分离、酶固定化等领域的应用。而合成高分子原料大多来自化石资源。(2)磁性颗粒容易发生强烈团聚现象，在反应过程中难以实现颗粒粒径的均匀可控，因此在修饰磁性纳米粒子时，往往需要在反应体系中补充具有分散能力的表面活性剂。这不仅导致反应工艺复杂，而且表面活性剂与高分子在磁性纳米粒子表面的修饰也存在竞争关系，导致生成的磁性复合颗粒性能下降。

木质素是地球上含量最丰富的芳香族生物高分子，由制浆造纸工业产生的工业木质素每年超过5000万吨。由于分子结构十分复杂，木质素被认为是可再生资源中最难被利用的组分。目前国内外利用木质素的主要方法是燃烧，以获得热能。其次是将木质素用作工业分散剂。但目前每年用作分散剂的工业木质素大约只有100万吨，远远没有达到资源化利用的水平。绝大部分的木质素还是燃烧处理，不利于社会的可持续发展。

木质素羧酸盐是一种常见的工业木质素，分子中含有大量羧基基、羟基等官能团，因此在适当的工艺条件下，这些官能团可以与磁性粒子产生强烈的结合。但目前还少见有使用木质素羧酸盐磁性纳米颗粒的制备及应用于吸附铬(VI)的报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒的制备方法。本发明方法利用木质素羧酸盐的羟基和羧基等官能团，与Fe₃O₄磁性粒子结合制备木质素羧酸盐磁性纳米颗粒，扩大木质素的应用范围，提高木质素资源的附加价值，缓解资源短缺的矛盾。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒。

本发明再一目的在于提供上述基于木质素羧酸盐的磁性纳米颗粒在吸附铬(VI)中的应用。