木质素基吸附材料的制备及其吸附性能研究_朱媛媛

0.946
0.955
0.963
液蜡回收率(%) 86.40
93.49
88.64
86.93
由表 1 可知，随着甲醛用量的逐渐增加，制备所 得的吸附材料对亚甲基蓝的吸附量逐渐增大，但增加 幅度较缓，甲醛用量从 7%增加到 9%，对亚甲基蓝的 吸附量最多只增加 0.018mg/g；而此时液体石蜡回收 率变化也最多，达到 7.09%。随着甲醛用量的增加，液
蓝的吸附量以及液体石蜡回收率的影响见表 1。
表 1 交联剂甲醛用量对吸附材料吸附性能的影响
Table 1 Effect of formaldehyde dosage on the adsorptive capability of adsorbent
交联剂用量(%)
7
9
11
14
吸附量(mg/g)
0.928
表 2 分散剂 A 占有机相的质量百分数对吸附材料 吸附性能的影响
Table 2 Effect of dispersant A dosage on the adsorptive capability of adsorbent
分散剂用量(%) 0.5
1.0
2.0
2.5
3.0
吸附量(mg/g) 0.893 0.941 0.946 0.936 0.874
质素磺酸钠溶液浓度为 50%，盐酸浓度为 3mol/L，甲
醛用量为木质素磺酸钠质量的 9%，相比为 3∶1，聚合
温度为 90℃，聚合时间为 1.5h 时，使用不同用量的分
散剂 A 制备木质素基吸附材料，分散剂 A 占有机相
的质量百分数对所制备的吸附材料吸附亚甲基蓝的
吸附量和液体石蜡回收率的影响见表 2。
考察吸附材料吸附量指标的同时，需考察液体石蜡的
回收率指标，以下同ຫໍສະໝຸດ 在木质素磺酸钠溶液浓度为50%，盐酸浓度为 3mol/L，分散剂 A 质量为有机相质
量的 2.0%，相比为 3∶1，聚合温度为 90℃，聚合时间为
1.5h 时，使用甲醛制备木质素基吸附材料，甲醛占木
质素磺酸钠质量的百分含量对吸附材料吸附亚甲基
A 用量为有机相质量的 2.0%，相比为 3： 1，聚合温度
有效分离。本实验研究了利用反相悬浮技术制备木质素 基吸附材料的工艺，并选取较佳工艺条件下制备的吸附 材料，研究了其对阳离子染料亚甲基蓝的吸附性能。
1 实验部分
1.1 材料与仪器 木质素磺酸钠：市售；液体石蜡，化学纯；表面活
性剂，化学纯；其它试剂为分析纯。 98-1-C 型数字控温电热套、JB90-D 型强力电动
基蓝的吸附量变化最大，减少 0.062mg/g。分散剂用量
从 0.5%增加到 1.0%时，相对应的液体石蜡回收率降
低 1.94%，此后增加分散剂用量，液体石蜡回收率都呈
增长趋势，在 3.0%时最高。综合考虑吸附量和液体石
蜡回收率的因素以及分散剂成本因素，选择分散剂 A
占有机相的质量百分数为 2.0%较合适。
液蜡回收率(%) 93.73
91.00
88.56
93.49
由表 3 可知，随着聚合温度的逐渐增加，吸附材 料对亚甲基蓝的吸附量变化不明显，基本上都维持在 0.93mg/g 以上。当温度为 80℃时，吸附材料对亚甲基
第1期
朱媛媛，等 木质素基吸附材料的制备及其吸附性能研究
73
蓝的吸附量最高，而液体石蜡回收率最低。液体石蜡
Q=（c0－ce）V/M，R%=（c0－ce）/c0×100% 式中：c0 为染料溶液的初始浓度 （mg/L）；ce 为残 余染料浓度（mg/L）；V 为染料溶液的体积（mL）；M 为 投加吸附材料干物质的质量（g）。
2 结果与讨论
2.1 反应机理
木质素磺酸盐在酸性条件下与甲醛发生的缩合
聚合，其反应机理[5]与酚醛树脂制备中苯酚与甲醛的
2.2.3 聚合温度对吸附性能的影响
在木质素磺酸钠溶液浓度为 50%，盐酸浓度为
3mol/L，甲醛用量为木质素磺酸钠质量的 9%，分散剂
A 用量为有机相质量的 2.0%，相比为 3： 1，聚合时间
为 1.5h 时，控制聚合温度制备木质素基吸附材料，聚
合温度对吸附材料吸附亚甲基蓝的吸附量以及液体
石蜡回收率的影响见表 3。
表 3 聚合温度对吸附材料吸附性能的影响
Table 3 Effect of polymerization temperature on the adsorptive capability of adsorbent
聚合温度(℃)
70
75
80
90
吸附量(mg/g) 0.936
0.947
0.961
0.946
液蜡回收率(%) 90.82 88.88 93.49 95.20 95.70
由表 2 可知，随着分散剂 A 的质量百分数逐渐增
加，木质素基吸附材料对亚甲基蓝的吸附量在分散剂
A 质量为有机相质量的 1.0%～2.5%时较高，分散剂质
量百分数在 0.5%和 3.0%时吸附量降低。当分散剂 A
用量从 2.5%增加到 3%时，制备所得吸附材料对亚甲
第 32 卷 第 1 期 第 1 2期009 年 1 月
Environmental Science & Technology
Vol. 32 No.1 Jan. 2009
木质素基吸附材料的制备及其吸附性能研究
朱媛媛 1， 蒋新元 2*， 胡迅 1
（1.中南林业科技大学资源与环境学院； 2.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）
回收率在 70℃和 90℃时最高但差别不大。前期的探索
实验表明聚合温度低于 70℃时无法成球，固液分离困
难，同时考虑到 90℃能使球中的一部分水和盐酸部分
蒸发出来，选择聚合温度在 90℃比较合适。
2.2.4 聚合时间对吸附性能的影响
在木质素磺酸钠溶液浓度为 50%，盐酸浓度为
3mol/L，甲醛用量为木质素磺酸钠质量的 9%，分散剂
Abstract：A lignin-based adsorption material was successfully prepared with sodium lignosulfonate as raw material by reversed phase suspension polymerization technique. Effect of cross -linking agent dosage，dispersing agent dosage，polymerization temperature，polymerization time and acidity on suspension polymerization and adsorption properties for methylene blue as cationic dye were studied. Experimental results indicated that the prepared adsorption material had quicker adsorption speed and higher adsorptive capacity to methylene blue. After adsorptive capacity for lignin-based adsorption material to methylene blue achieved 17.71mg/g，adsorption tended to saturation. About 30℃ was beneficial for the adsorptive capacity. Key words：lignin；adsorption material；cationic dye；methylene blue；adsorption
关键词：木质素； 吸附材料； 阳离子染料； 亚甲基蓝； 吸附 中图分类号：X132 文献标志码：A 文章编号：1003-6504(2009)01-0071-04
Preparation of Lignin-based Adsorption Material and Its Adsorption Properties
缩合反应相似，因其结构中含有较多的磺酸基、酚羟
基、醇羟基、羧基等酸性基团，能与阳离子染料上的正
电荷基团之间形成静电引力，从而产生吸附。
2.2 木质素吸附材料的制备工艺对吸附性能的影响
2.2.1 交联剂甲醛用量对吸附性能的影响
在木质素吸附材料的制备中，有机相液体石蜡的
用量较大，且不是反应物质，反应结束后需回收，故在
72
第 32 卷
其中木质素磺酸钠溶液浓度为 50%，相比（有机相∶无 机相）为 3： 1，控制搅拌速度，使水相均匀分散在有机 相中，按一定升温程序加热，反应结束后，样品经过预 处理，即可得到固态木质素基吸附材料。 1.3 静态吸附实验
准确称取 1.000g 上述吸附材料置于 100mL 具塞 锥形瓶中，然后加入 20mL 一定浓度的亚甲基蓝溶 液，将具塞锥形瓶放在恒温摇床上以一定的频率振荡 一定时间，吸取上层清液 （需要时稀释一定倍数）在 665nm 处测定吸光度[4]，根据残余溶液的吸光度，在标 准工作曲线上找出相应的亚甲基蓝含量，计算出吸附 材料对亚甲基蓝吸附量和吸附率。用下式计算吸附量 Q 和吸附百分率 R%：
搅拌机、80-2 离心机、SHB-Ⅲ型循环水式多用真空 泵、SHA-C 数显恒温水浴振荡器、UV-1700 紫外可见 分光光度计。 1.2 吸附材料的制备
在装有搅拌及回流装置的三口烧瓶中依次加入 木质素磺酸钠、蒸馏水、酸催化剂、甲醛，搅拌均匀，再 加入液体石蜡为有机相，少量表面活性剂为分散剂，
收稿日期：2008-01-20；修回 2008－03－19 作者简介：朱媛媛（1982-），女，硕士研究生，主要从事环境科学与环境污染控制工程方面的研究，（电话）0731-5095957（电子信箱）zyy82430@；* 通 讯作者，副教授，博士，主要从事生物质化学品与环境化工方向的研究，（电话）0731-5623309（电子信箱）jxycsfu@。
体石蜡回收率有增有减。而液体石蜡回收率在甲醛用
量达到 9%时最高。综合液体石蜡回收率以及吸附材
料对亚甲基蓝的吸附量考虑，选择甲醛占木质素磺酸
钠质量的百分含量为 9%合适。
2.2.2 分散剂 A 对吸附性能的影响
预先以不同的表面活性剂作为分散剂进行了筛
选，主要考察能否生成固态吸附材料、液体石蜡能否
分离等指标，最终选择表面活性剂 A 为分散剂。在木
染料行业品种多，工艺复杂，其废水中含有大量 的有机物，COD 高、色泽深、酸碱性强、含盐量高，一 直是废水处理中的难题。目前，主要依靠石油和天然 气为原料的合成高分子材料（如合成纤维、合成塑料 和合成橡胶等所谓三大合成材料）以及其他有机化工 产品将面临原料来源逐渐枯竭的困境，人们逐渐把目 光投到地球的可再生资源上。作为地球上最丰富的可 再生资源之一，木质素广泛存在于种子植物中，与纤 维素和半纤维素构成植物的基本骨架。我国地处温热 带地区，木质素资源丰富[1-3]，仅广州造纸有限公司每 年就生产 2.5 万 t 的木素磺酸盐副产品。木质素磺酸 盐如不加以合理利用，将会对环境造成巨大的威胁， 同时也是对可再生资源的巨大浪费。以木质素磺酸钠 为主体原料，在环境友好的化学介质中合成新型、环 保的固态木质素基吸附材料，用于染料废水处理，能 达到以废治废的目的，同时有利于吸附材料与废水的
摘 要：以木质素磺酸盐为原料，利用反相悬浮聚合技术，成功制备木质素基吸附材料，并研究了交联剂用量、分散剂用量、聚合温度、聚 合时间及体系酸度等对悬浮聚合反应及其阳离子染料亚甲基蓝吸附性能的影响。实验结果表明，所制备的吸附材料对亚甲基蓝有较快的吸 附速度和较高的吸附量，当木质素吸附材料对亚甲基蓝的吸附量达到 17.71mg/g 后，吸附趋向饱和，温度保持在 30℃左右有较高的吸附量。
ZHU Yuan-yuan1， JIANG Xin-yuan2*， HU Xun1
（1.School of Resource and Environment；2.School of Material Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China）