一种生物质吸附剂及其制备方法和用图
【专利摘要】本发明公开了一种环保型生物质吸附剂，其原料组分为动物毛降解物、环氧化玉米淀粉、羧甲基纤维素钠和水，并公开了该生物吸附剂的制备方法。本发明有效利用了废弃的动物毛，所制备的生物质吸附剂对物质表面释放出的扬尘和/或甲醛有优良的吸附能力，适用于多种环境保护的需要；同时该吸附剂有极强的保水能力，具有长效的作用。本发明制备工艺简捷、易于控制、原料价廉易得。
【专利说明】
一种生物质吸附剂及其制备方法和用途
技术领域
[0001] 本发明涉及生物质及废弃毛利用的领域，具体涉及一种环保型生物质吸附剂及其 制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 生物质材料，如淀粉、纤维素、动物毛与皮等，作为世界上广泛存在的资源，不仅来 源丰富、成本低廉，而且还具有一些可观的特点，如生物相容性、可再生性、可生物降解性以 及环境友好等特点。这些生物质材料的良好优点将决定着其可观的发展潜力。生物质吸附 剂主要利用其生物质材料的吸附性能用于对吸附质进行吸附，目前生物质吸附剂已广泛应 用于吸附沉积在表面有机、无机微粒，如各种生活及工业粉尘，抑制这些微粒被飞扬以保持 空气的洁净;该吸附剂对物质表面释放出的甲醛有优良的吸附能力。因此，该吸附剂能应用 于各种环境的保护。由于该吸附剂有极强的保水能力，防止水分挥发，该吸附剂具有长效的 作用。
[0003] 工业生产、生活活动和交通运输导致城市降尘污染是一个日益严重问题。风力作 用使地粉尘进入空中，导致城市上空粉尘中各种重金属相对富集。灰尘通过呼吸及食物传 递到人体中，威胁人体健康。经分析表明，灰尘中除了二氧化硅、二氧化硫，有致癌性较强的 苯并芘等有机物，其中金属元素多数为重金属。通常的灰尘粒度在20~30μπι，其在空气中滞 留时间较短可以较好的沉淀在物质表面，被成为降尘。而粉尘颗粒直径介于2.5μπι(ΡΜ2.5) 和ΙΟμπι(ΡΜΙΟ)之间的固体微粒也能在空气中长期漂浮，被称为浮游粉尘。是对人畜主要危 害源。
[0004] 公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应 被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的如下：
[0006] 提供一种环保型生物质吸附剂；
[0007] 提供一种不仅可以克服现有吸附剂选择性差、吸附不彻底、耗时长等缺点的生物 吸附剂；
[0008] 提供一种动物毛等生物质的回收利用的方法和产品。
[0009] 具体的，本发明公开了一种生物质吸附剂，含有10~30重量份的动物毛降解物、2-15重量份的环氧化玉米淀粉和0.5~5重量份的羧甲基纤维素钠；
[0010] 所述动物毛降解物由以下步骤制备得到：
[0011] 将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5%的尿素，在60 °C~90°C下搅拌(如80°C)，加入占动物毛质量2%~5%的双氧水，再加入水，得到质量分数 为20 %~30 %的动物毛降解物;所述双氧水的体积浓度为20~60 %;
[0012] 所述环氧化玉米淀粉由以下步骤制备得到：
[0013] 将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5 %~15 %的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反 应，反应温度50~80°C，获得环氧化玉米淀粉。
[0014] 进一步的，所述的生物质吸附剂，含有13-20重量份的动物毛降解物、5-7重量份的 环氧化玉米淀粉和1~3重量份的羧甲基纤维素钠；
[0015] 其中，所述动物毛降解物由以下步骤制备得到：
[0016] 将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5%的尿素，在80 °C下搅拌，加入占动物毛质量2%~5%的双氧水，再加入水，得到质量分数为20%~30%的 动物毛降解物;所述双氧水的体积浓度为30% ;
[0017] 所述环氧化玉米淀粉由以下步骤制备得到：
[0018] 将玉米淀粉、占动物毛质量5 %的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应lh，反 应温度60°C，获得，环氧化玉米淀粉。
[0019] 更进一步的，所述的生物质吸附剂，含有动物毛降解物13.3~19.2重量份、环氧化 玉米淀粉5.3~6.7重量份、羧甲基纤维素钠1~1.5重量份，以及防腐剂与水；
[0020] 所述生物质吸附剂的质量浓度为20%~26%。所述防腐剂优选为苯酚和/或氟硅 酸钠，所述防腐剂的在生物吸附剂中的质量浓度优选为〇. 1 %。
[0021] 本发明所述的生物质吸附剂，还可含有防腐剂;所述防腐剂优选为苯酚和/或氟硅 酸钠，所述防腐剂的在生物吸附剂中的质量浓度优选为〇. 1 %。
[0022] 本发明所述生物质吸附剂使用的动物毛选自牛毛、羊毛、马毛、猪毛和兔毛中的任 一种或两种或两种以上的组合，如牛毛、绵羊毛、山羊毛的任一种，或牛毛与山羊毛按1:1重 量比的混合，或者牛毛、羊毛、马毛、猪毛和兔毛按任意比例的混合。本发明所述动物毛可使 用制革工业等废弃的动物毛。
[0023] 同时，还公开了本发明生物质吸附剂吸附甲醛、和/或吸附粒径为2.5-10微米的颗 粒的用途，所述颗粒如PM2.5、PM5或PM10。
[0024] 此外，本发明还公开了一种制备生物质吸附剂的方法，包括以下步骤：
[0025] (1)将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素， 在60 °C~90 °C下搅拌(如80°C )，加入占动物毛质量3 %~5 %的双氧水，再加入水，得到质量 分数为20%~30%的动物毛降解物，降温备用;所述双氧水的体积浓度为20~50% ;
[0026] (2)将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5%~15%的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器 上反应，反应温度50~80°C，获得环氧化玉米淀粉；
[0027] (3)取步骤（1)得到动物毛降解物的100~300重量份，取步骤(2)得到环氧化玉米 淀粉30~100重量份，混合，加入蒸馏水，使混合溶液总质量分数达到20 %~25 %，在80~90 °C下搅拌3~4h，调pH值至6.5-7.5，降温备用；
[0028] (4)将步骤(3)得到的混合溶液100重量份，加入含质量分数为50%的羧甲基纤维 素钠溶液1~3重量份，加入总质分数为0.1%的防腐剂，在30°C下混合均匀，降温静置，所得 总质量分数为20 %~26 %的生物质吸附剂；
[0029] 进一步的，公开了一种生物物吸附剂的制备方法，包含以下步骤：
[0030] (1)将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素， 在80°C下搅拌，加入占动物毛质量2 %~5%的双氧水，再加入水，得到质量分数为20 %~ 30%的动物毛降解物，降温备用;所述双氧水的体积浓度为30% ;
[0031] (2)将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5%的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应， 反应温度60°C，获得环氧化玉米淀粉；
[0032] (3)取步骤(1)制备的动物毛降解物100重量份，取步骤(2)制备的环氧化玉米淀粉 30重量份，混合，加入蒸馏水，使混合溶液总质量分数达到20 %~25 %，在80~90°C下搅拌3 ~4h，调pH值至7,降温备用；
[0033] (4)取步骤(3)得到的混合溶液100重量份，加入含质量分数为50%的羧甲基纤维 素钠溶液2~3重量份，加入总质分数为0.1%的防腐剂，在30°C下混合均匀，降温静置，所得 总质量分数为20 %~26 %的生物质吸附剂。
[0034] 进一步的，本发明所述的生物质吸附剂的制备方法还可包括步骤(5):取步骤(4) 得到的混合溶液100重量份，加入1重量份的防腐剂，所述防腐剂优选为苯酚或氟硅酸钠，所 述防腐剂的在生物吸附剂中的质量浓度优选为〇. 1 %。
[0035] 本发明还提供了上述任一制备方法得到的生物质吸附剂用于吸附甲醛、和/或吸 附粒径为2.5~10微米的颗粒的用途，所述颗粒如PM2.5、PM5或PM10。
[0036]发明充分利用动物毛的良好特点，通过对其降解处理制得降解物，并与环氧化玉 米淀粉作用获得抗回生复合物，加入羧甲基纤维素钠等制成液态生物质吸附剂，该生物质 吸附剂对物质表面释放出的粉尘和/或甲醛有优良的吸附能力；该吸附剂能应用于各种环 境的保护。由于该吸附剂有极强的保水能力，防止水分挥发，该吸附剂具有长效的作用；同 时，本发明制备工艺简捷、易于控制、原料价廉易得。
【附图说明】
[0037]图1生物吸附剂对沙堆的保水性能图
[0038] 沙堆和添加本发明生物吸附剂的沙堆在50°C，20%RH的脱水情况；
[0039] 生物吸附剂用量轴对应的曲线，从时间轴起向内延伸方向分别为:含质量分数为 0、1 %~5 %的实例3样品溶液的沙堆的保水性能曲线图；
[0040] 生物吸附剂3指本发明实施例3制备的生物吸附剂。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体 实施方式的限制。
[0042] 制备实施例1
[0043] 以kg为单位，称取所需的各组分原料，按照以下步骤进行合成：
[0044] 1)将牛毛100kg，加入3kg硫化钠（按纯物计），5kg尿素，在80 °C下搅拌3h，加入2kg 双氧水(含量30%)，得到牛毛降解溶液，降温备用；
[0045] 2)将玉米淀粉100kg与5kg环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应lh，温度为60 °c获得膏状环氧化玉米淀粉，降温备用；
[0046] 3)将100kg牛毛降解物溶液，加入膏状环氧化玉米淀粉50kg，加入蒸馏水使混合溶 液总质量分数达到20%，在90°C下搅拌3h，用盐酸调溶液pH到7，降温至30°C ;
[0047] 4)混合溶液100kg，加入含50 %羧甲基纤维素钠糊状物2kg，在30 °C下混合均匀，降 温静置，得总质量分数为22%左右的混合物；
[0048] 5)混合溶液4)100kg，加入lkg的防腐剂(氟硅酸钠)形成最终灰黄色粘稠水溶液体 广品。
[0049] 制备实施例2
[0050] 以kg为单位，称取所需的各组分原料，按照以下步骤进行合成：
[00511 1)将绵羊毛100kg，加入5kg硫化钠（按纯物计），3kg尿素，在80 °C下搅拌3h，加入 3kg双氧水(含量30%)，得到绵羊毛降解物溶液，降温备用；
[0052] 2)将玉米淀粉100kg与5kg环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应lh，温度为60 °c获得膏状环氧化玉米淀粉，降温备用；
[0053] 3)将绵羊毛降解物溶液100kg，加入膏状环氧化玉米淀粉30kg，加入蒸馏水使混合 溶液总质量分数达到23%，在90°C下搅拌3h，用盐酸调溶液pH到7，降温至30°C ;
[0054] 4)混合溶液100kg，加入含50 %羧甲基纤维素钠糊状物3kg，在30 °C下混合均匀，降 温静置，得总质量分数为22%左右的混合物；
[0055] 5)混合溶液4)100kg，加入lkg的防腐剂(氟硅酸钠)形成最终灰黄色粘稠水溶液体 广品。
[0056] 制备实施例3
[0057] 1)将山羊毛100kg，加入的2kg硫化钠，4kg尿素，在80 °C下搅拌2h，加入5kg双氧水 (含量30%)除去多余硫化物，得到含质量分数为25%的山羊毛降解物溶液，降温备用； [0058] 2)将玉米淀粉100kg与5kg环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应lh，温度为60 °c获得膏状环氧化玉米淀粉，降温备用；
[0059] 3)将山羊毛降解物溶液100kg，加入膏状环氧化玉米淀粉30kg，加入蒸馏水使混合 溶液总质量分数达到25%，在90°C下搅拌3h，用盐酸调溶液pH到7，降温备用；
[0060] 4)混合溶液100kg，加入含50 %羧甲基纤维素钠糊状物2kg，在30 °C下混合均匀，降 温静置，即所得总质量分数为25%的生物质吸附剂溶液；
[0061] 5)混合溶液4) 100kg，加入1 %的防腐剂（苯酚)形成最终灰黄色粘稠水溶液体产 品。
[0062] 制备实施例4
[0063] 1)将山羊毛100kg，加入的2kg硫化钠，4kg尿素，在80 °C下搅拌2h，加入5kg双氧水 (体积浓度30%)除去多余硫化物，得到含质量分数为25%的山羊毛降解物溶液，降温备用； [0064] 2)含质量分数为25%的山羊毛降解物溶液98kg，加入含25%羧甲基纤维素钠糊状 物2kg，在30°C下混合均匀，降温静置，即所得总质量分数为25%的生物质吸附剂溶液； [0065] 3)混合溶液2)100kg，加入lkg的防腐剂（苯酚）形成最终灰黄色粘稠水溶液体产 品。
[0066]以下为实验例
[0067]实验例1生物质吸附剂对扬尘的吸附实验
[0068] 灰黄色粘稠水溶液吸附剂，稀释10~50倍，用喷洒器拖洒在易扬尘的大理石表面， 喷洒量为稀释后的液体50~100g/m2。用量可根据灰尘的多少进行增减，要求表面无粘着 感。喷洒后的表面能够在24~48小时内吸合落在其表面的粉尘，防止二次飞扬，获得的抑制 作用。取实施例1 -4制备的产品进行实验吸附试验，以水为空白对照组对PM2.5及PM10 (与未 使用相比有相当地减少)实验结果见下表1。
[0069] 表1吸附剂在地面上使用后，0.5m高度扬尘情况
[0070]
[0071 ]实验例2保水保湿性能实验
[0072] 采用实例3样品1~58(]^、28、38、48、58)与99~958沙粒(80~100目）搅勾后的测 定保湿结果，见图1。随着实例3样品用量的增加，沙堆达到干燥状态(沙堆水分含量不再变 化时）的时间越久。在50 °C，20 % RH的极端条件下，未加样品沙堆3h就失去了全部水分。而加 有质量分数为1 %~5%的实例3样品溶液的沙堆模型达到干燥状态的时间分别为:5、6、7、 8、10h，表现出了良好保水性能，见说明书附图1。
[0073]以水为空白对照，以及以实施例4生物吸附剂溶液作为上述实验，均未显示出该良 好保水性能，实施例4制备生物吸附剂的保水效果远低于实施例3制备的生物吸附剂。
【主权项】
1. 一种生物质吸附剂，其特征在于，含有10~30重量份的动物毛降解物、2-15重量份的 环氧化玉米淀粉和〇. 5~5重量份的羧甲基纤维素钠； 其中，所述动物毛降解物由以下步骤制备得到： 将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素，在60°C~ 90 °C下搅拌，加入占动物毛质量2 %~5 %的双氧水，再加入水，得到质量分数为20 %~30 % 的动物毛降解物;所述双氧水的体积浓度为20~60% ; 所述环氧化玉米淀粉由以下步骤制备得到： 将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5 %~15 %的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应， 反应温度50~80°C，获得环氧化玉米淀粉。2. 根据权利要求1所述的生物质吸附剂，其特征在于，含有13~20重量份的动物毛降解 物、5~7重量份的环氧化玉米淀粉和1~3重量份的羧甲基纤维素钠； 其中，所述动物毛降解物由以下步骤制备得到： 将动物毛、占动物毛质量2 %~5 %的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素，在80°C下 搅拌，加入占动物毛质量2 %~5 %的双氧水，再加入水，得到质量分数为20 %~30 %的动物 毛降解物;所述双氧水的体积浓度为30% ; 所述环氧化玉米淀粉由以下步骤制备得到： 将玉米淀粉、占动物毛质量5 %的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应Ih，反应温 度60 °C，获得，环氧化玉米淀粉。3. 根据权利要求2所述的生物质吸附剂，其特征在于，所述生物质吸附剂含有动物毛降 解物13.3~19.2重量份、环氧化玉米淀粉5.3~6.7重量份、羧甲基纤维素钠1~1.5重量份， 以及防腐剂与水； 所述生物质吸附剂的质量浓度为20%~26%。所述防腐剂优选为苯酚和/或氟硅酸钠， 所述防腐剂的在生物吸附剂中的质量浓度优选为〇. 1 %。4. 根据权利要求1-4任一项所述的生物质吸附剂，其特征在于，所述动物毛选自牛毛、 羊毛、马毛、猪毛和兔毛中的任一种或两种或两种以上的组合。5. 权利要求1-5任一项所述生物质吸附剂吸附甲醛、和/或吸附粒径为2.5-10微米的颗 粒的用途，所述颗粒如PM2.5、PM5或PMl 0。6. -种制备生物质吸附剂的方法，包括以下步骤： (1) 将动物毛、占动物毛质量2 %~5%的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素，在60 ~90°C下搅拌，加入占动物毛质量3 %~5%的双氧水，再加入水，得到质量分数为20 %~ 30%的动物毛降解物，降温备用;所述双氧水的体积浓度为20~50% ; (2) 将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5%~15%的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反 应，反应温度50~80°C，获得环氧化玉米淀粉； (3) 取步骤（1)得到动物毛降解物的100~300重量份，取步骤(2)得到环氧化玉米淀粉 30~100重量份，混合，加入蒸馏水，使混合溶液总质量分数达到20 %~25 %，在80~90 °C下 搅拌3~4h，调pH值至6.5-7.5，降温备用； (4) 将步骤(3)得到的混合溶液100重量份，加入含质量分数为50%的羧甲基纤维素钠 溶液1~3重量份，加入总质分数为0.1%的防腐剂，在30°C下混合均匀，降温静置，所得总质 量分数为20 %~26 %的生物质吸附剂。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将动物毛、占动物毛质量2 %~5%的硫化钠，占动物毛质量3 %~5 %的尿素，在80 °C下搅拌，加入占动物毛质量2%~5%的双氧水，再加入水，得到质量分数为20%~30%的 动物毛降解物，降温备用;所述双氧水的体积浓度为30% ; (2) 将玉米淀粉、占玉米淀粉质量5%的环氧氯丙烷混合，在滚筒式反应器上反应，反应 温度60°C，获得环氧化玉米淀粉； (3) 取步骤（1)制备的动物毛降解物100重量份，取步骤(2)制备的环氧化玉米淀粉30重 量份，混合，加入蒸馏水，使混合溶液总质量分数达到20 %~25%，在80~90°C下搅拌3~ 4h，调pH值至7,降温备用； (4) 取步骤(3)得到的混合溶液100重量份，加入含质量分数为50%的羧甲基纤维素钠 溶液2~3重量份，加入总质分数为0.1%的防腐剂，在30°C下混合均匀，降温静置，所得总质 量分数为20 %~26 %的生物质吸附剂。8. 权利要求6-7任一项所述的制备方法得到的生物质吸附剂用于吸附甲醛、和/或吸附 粒径为2.5~10微米的颗粒的用途，所述颗粒为PM2.5、PM5或PMlO。
【文档编号】B01D49/00GK105944690SQ201610555481
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】单志华, 戴睿, 党旭刚, 陈慧
【申请人】四川大学