一种纳米碳增强的木素基复合吸附剂的制备方法与流程

文档序号:11220053阅读:1628来源:国知局
一种纳米碳增强的木素基复合吸附剂的制备方法与流程

本发明涉及一种碳复合木素基吸附剂的制备方法,特别涉及一种以木质素磺酸钙为主要原料复合碳球并进行胺化改性的纳米碳增强的木素基吸附剂的制备方法。



背景技术:

木质素磺酸盐是木材水解工业和造纸工业中主要副产物,来源广泛,价格低廉,产量丰富,对木质素磺酸盐进行了特性粘度的测定和电镜测试,表明木质素磺酸盐分子是近似于球状的结构体。木质素磺酸盐由大约50个苯丙烷单元组成,含有甲氧基、醇羟基、酚羟基、羧基、磺酸基等各种官能团,疏水基团主要分布在表面。木质素磺酸盐性质活泼,在一定条件下可发生多种化学反应,如进行氧化、烷基化、接枝共聚、酯化、缩合、羟甲基化、曼希尼(mannich)反应、磺化等反应。其中曼希尼反应是指,胺类化合物与醛类和含有活泼氢原子的的化合物进行缩合时,活泼氢原子被胺甲基取代的反应。木质素磺酸盐还具有较强的负电性与亲水性,在水溶液中具有良好的吸附分散性能,并因此广泛应用于许多领域,如染料分散剂、减水剂、表面活性剂、高分子加强剂、粘合剂、水处理剂等等。

近年来,碳球凭借其独特的性能成为了吸附剂研究的一大热点。碳球不仅具有良好的化学稳定性和热稳定性,还具有优良的导电与导热性和较高的吸附性能。迄今为止,研究学者发明了很多制备碳球的方法,比如化学气相沉积法、模板法、固相热解法和水热法等。在这些方法之中,水热法成本低廉,反应过程简单,得到的产品纯度较高,绿色环保无害,并且反应要求的条件较低,因而最受人们的关注。

如上述所说,木质素磺酸盐的结构中具有许多活性官能团,本身具有一定的离子交换与吸附性能,通过复合改性可以制备出各种功能不一的木素基吸附材料,木素基吸附材料的研究将为木质素高值化利用提供一条新的途径。



技术实现要素:

本发明的目的是以葡萄糖水热制备的碳球为碳源,通过水浴回流以木质素磺酸钙为主要原料复合碳球,并将复合材料利用三乙烯四胺进行胺化改性,工艺绿色简单,原料易得,成本低廉并且能够重复利用造纸废弃物,减小环境压力,适于工业化生产。

本发明的技术方案如下:

一种纳米碳增强的木素基复合吸附剂的制备方法,步骤如下:

步骤1、室温下,称取0.1g~0.3g碳球分散到去离子水中,再向其中加入4g木质素磺酸盐,继续超声溶解10min,得到混合液a;

步骤2、将混合液a在60℃下水浴回流,然后利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入交联剂,磁力搅拌,继续水浴回流2h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到沉淀物(棕褐色);

步骤3、将步骤2得到的沉淀物分散到去离子水a中,再加入三乙烯四胺,得到混合液b;将混合液b在60℃下水浴回流,然后利用恒压滴液漏斗向其中逐滴加入交联剂,再加入去离子水b,磁力搅拌,继续水浴回流,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,真空干燥,研磨得褐色粉末,即为纳米碳增强的木素基复合吸附剂,放在干燥器中保存。

步骤1中,所述碳球的制备方法如下:将0.55mol/l的葡萄糖溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,180℃下反应12h,反应完毕后,过滤,去离子水洗涤,60℃下真空干燥过夜,研磨得到褐色粉末即为碳球。

步骤1中,所述混合液a中,所使用的碳球、去离子水和木质素磺酸盐的用量比为0.1~0.3g:70ml:4g。

步骤1中,所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。

步骤2中,所述混合液a在60℃下水浴回流的时间为1h;加入交联剂后继续水浴回流的时间为2h。

步骤2中,所述交联剂为戊二醛,所述交联剂与混合液a的体积比为1ml~9ml:70ml。

步骤3中,所述去离子水a、三乙烯四胺、交联剂、去离子水b的体积比为70ml:6ml:5ml:19ml。

步骤3中,所述混合液b在60℃下水浴回流的时间为30min,所述继续水浴回流的时间为2.5h。

步骤3中,所述交联剂为戊二醛,所述交联剂与混合液b的体积比为5ml:76ml。

有益效果:

本发明以木质素磺酸钙为主要原料,通过复合碳球,并进一步利用三乙烯四胺进行胺化改性制备碳复合木素基吸附剂。结果显示工艺流程简单、易于操作、成本低廉,同时还实现了合成工艺的绿色化和工业废弃物木质素磺酸钙的高效利用。所制备的吸附剂吸附性能良好,适合工业化生产。

附图说明

图1实施例2样品的红外图。

图2实施例2样品的xrd图。

图3实施例2样品的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明,以使本领域技术人员更好地理解本发明,但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

室温下称0.1g碳球于250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声溶解,然后再加入4g木质素磺酸钙继续超声溶解10min,充分溶解后取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流1h,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,25ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2h,反应结束后过滤洗涤得到棕褐色沉淀;然后将棕褐色沉淀加入到250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声分散(棕褐色沉淀可以全部加入到70ml去离子水中,也可以不全部加入到70ml去离子水中,分散于去离子水中即可),然后再加入6ml三乙烯四胺继续超声分散10min,充分分散后,取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流30min,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,19ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2.5h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,60℃下真空干燥过夜,研磨得褐色粉末,放干燥器中保存。

实施例2

室温下称0.15g碳球于250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声溶解,然后再加入4g木质素磺酸钙继续超声溶解10min,充分溶解后取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流1h,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,25ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2h,反应结束后过滤洗涤得到棕褐色沉淀;然后将棕褐色沉淀加入到250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声分散(棕褐色沉淀可以全部加入到70ml去离子水中,也可以不全部加入到70ml去离子水中,分散于去离子水中即可),然后再加入6ml三乙烯四胺继续超声分散10min,充分分散后,取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流30min,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,19ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2.5h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,60℃下真空干燥过夜,研磨得褐色粉末,放干燥器中保存。

图1中,在3424cm-1处为o-h伸缩振动吸收峰,2933cm-1处为c-h伸缩振动吸收峰,1658cm-1、1443cm-1处为苯环的c=c特征吸收峰,1280cm-1处为c-n键的伸缩振动吸收峰,1204cm-1处为木质素磺酸钙中-so3h的吸收峰,811cm-1处为烯烃的c=c键的特征吸收峰。

图2中,在22°附近有一个宽化的鼓包,是非晶碳的特征衍射峰。

图3中,吸附剂表面凹凸不平,层次错落,有许多孔隙。

实施例3

室温下称0.3g碳球于250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声溶解,然后再加入4g木质素磺酸钙继续超声溶解10min,充分溶解后取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流1h,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,25ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2h,反应结束后过滤洗涤得到棕褐色沉淀;然后将棕褐色沉淀加入到250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声分散(棕褐色沉淀可以全部加入到70ml去离子水中,也可以不全部加入到70ml去离子水中,分散于去离子水中即可),然后再加入6ml三乙烯四胺继续超声分散10min,充分分散后,取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流30min,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,19ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2.5h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,60℃下真空干燥过夜,研磨得褐色粉末,放干燥器中保存。

实施例4

室温下称0.15g碳球于250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声溶解,然后再加入4g木质素磺酸钙继续超声溶解10min,充分溶解后取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流1h,然后向恒压滴液漏斗中依次加入1ml戊二醛,29ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2h,反应结束后过滤洗涤得到棕褐色沉淀;然后将棕褐色沉淀加入到250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声分散(棕褐色沉淀可以全部加入到70ml去离子水中,也可以不全部加入到70ml去离子水中,分散于去离子水中即可),然后再加入6ml三乙烯四胺继续超声分散10min,充分分散后,取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流30min,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,19ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2.5h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,60℃下真空干燥过夜,研磨得褐色粉末,放干燥器中保存。

实施例5

室温下称0.15g碳球于250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声溶解,然后再加入4g木质素磺酸钙继续超声溶解10min,充分溶解后取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流1h,然后向恒压滴液漏斗中依次加入9ml戊二醛,21ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2h,反应结束后过滤洗涤得到棕褐色沉淀;然后将棕褐色沉淀加入到250ml三口烧瓶中,加入70ml去离子水超声分散(棕褐色沉淀可以全部加入到70ml去离子水中,也可以不全部加入到70ml去离子水中,分散于去离子水中即可),然后再加入6ml三乙烯四胺继续超声分散10min,充分分散后,取出置于恒温水浴中,于60℃下水浴回流30min,然后向恒压滴液漏斗中依次加入5ml戊二醛,19ml去离子水,逐滴加入到上述三口烧瓶中,60℃下继续水浴回流2.5h,反应结束后,过滤,去离子水洗涤,得到灰褐色沉淀,60℃下真空干燥过夜,研磨得褐色粉末,放干燥器中保存。

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