一种玉米秸秆纤维素黄原酸镁盐的制备方法及应用

摘要

本发明涉及一种玉米秸秆纤维素黄原酸镁盐的制备方法及应用：(1)玉米秸秆粉末中加入氢氧化钠溶液，在常温下搅拌，压滤抽干，得到固形物为碱化纤维素；(2)将碱化纤维素用蒸馏水冲洗；(3)将所得湿固体加入氢氧化钠溶液，搅拌反应，然后加入CS2，搅拌反应；(4)所得物料进行固液分离，弃去液相，固相加入稀盐酸调节pH值，过滤，再加入MgSO4溶液，继续搅拌、压滤得到湿固体；(5)先用MgSO4与酒精混合后的溶液洗涤，再用蒸馏水和酒精洗涤，使pH值稳定，压滤得到湿固体；(6)烘干粉碎后所得即玉米秸秆黄原酸盐。该产品可作为吸附剂用于吸附去除水体中的重金属离子，应用于重金属淋洗废液的处理和回收。本发明制备方法简单易行，且吸附重金属量大，处理成本低。

说明书

技术领域

本发明属于环境修复领域，具体涉及一种玉米秸秆纤维黄原酸镁盐的制备方法及应 用。本发明以农业废弃物玉米秸秆为原料制备生产纤维素黄原酸盐，应用其吸附土壤淋 洗产生的淋洗废液中重金属离子，实现以废治废的目的，此外该发明还可以用于含重金 属的污水处理等领域。

背景技术

土壤淋洗技术是少数能将污染物从土壤中彻底移除的修复方法之一，但土壤淋洗过 程中产生了大量的淋洗废液，每处理一吨土壤，就要产生4-6吨的淋洗废液，处理这些 废液增加了淋洗后处理成本，处理不当还容易造成二次污染。因此开发能处理淋洗废液 的低成本吸附材料是具有重大意义的。

天然高分子黄原酸盐是利用自然界中广泛存在的天然高分子为原料，引入黄原酸基 团提高吸附重金属的能力，而得到的一类天然高分子改性化合物，其吸附重金属的原理 为化学吸附，吸附后产生溶解度极低且稳定度高的高分子黄原酸重金属盐。作为环境友 好材料，具有价格低廉，对环境无污染等优势。

专利“一种凤眼莲纤维素黄原酸钙盐的制备方法及应用”(201410213140.7)公开了 一种纤维素基黄原酸盐的制备方法。该化合物是凤眼莲即水葫芦秸秆为原料碱化后加入 二硫化碳改性后形成的，方法简单，可操作性强，成本低廉。基本化学改性原理与本发 明类似。然而，有关玉米秸秆材料转化为纤维素基重金属吸附材料的专利技术尚未见报 道。该发明提供的纤维素黄原酸盐类化合物可作为高效的重金属离子吸附剂，用于废水 治理、土壤修复、环境保护、生态建设等领域，具有操作简单易行、快速方便、金属离 子去除率高、固液分离容易等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玉米秸秆纤维素黄原酸盐的制备方法，方法简单，易行。

本发明的另一个目的在于提供一种玉米秸秆纤维素黄原酸盐的应用。利用本发明所 述方法制备的吸附剂可应用于重金属淋洗废液的处理。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的思路是利用玉米秸秆粉末为原料，通过NaOH、CS₂依次与之发生碱化反 应和黄化反应，然后再用MgSO₄溶液与黄化后的物料发生置换反应而制备成纤维素黄原 酸镁盐。

本发明一种玉米秸秆纤维素黄原酸镁盐的制备方法，实现步骤如下：

(1)每50g的玉米秸秆粉末中加入400-600ml的20％氢氧化钠溶液，在常温下搅拌3-5h， 压滤抽干，得到固形物为碱化纤维素；

(2)将碱化纤维素用300-500ml蒸馏水分2-3次冲洗，进一步去除其中杂质，使pH稳 定，压滤，得到湿固体；

(3)将所得湿固体加入300-500ml10％氢氧化钠溶液，搅拌反应30-60min，然后加入 5-10mlCS₂，搅拌反应90-180min；

(4)反应结束后所得物料进行固液分离，弃去液相，固相用稀盐酸调节pH值为7-10， 过滤，然后再加入5％MgSO₄溶液100-300ml，继续搅拌20-30min，压滤，得到湿固体；

(5)先用5％MgSO₄与酒精混合后的溶液100-300ml洗涤，再用200-300ml蒸馏水和 50-200ml酒精洗涤，使pH值稳定，压滤，得到湿固体；

(6)将步骤5所得湿固体在40-50℃条件下烘干，研磨，所得粉末即为玉米秸秆黄原酸 盐。

所述的步骤(1)中，20％氢氧化钠加入量为500ml，在温度为30℃的条件下搅拌3h。

所述的步骤(3)中加入10mlCS₂，搅拌时间120min。

所述步骤(4)中，加入5％MgSO₄溶液搅拌30min。

所述步骤(4)的搅拌条件为，温度30℃，转速200r/min。

所述的步骤(5)中，加入5％MgSO₄与酒精混合溶液比例为4:1。

一种玉米秸秆纤维素黄原酸镁盐作为吸附淋洗废液中的重金属离子的吸附剂的应用。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)玉米是全世界种植面积最大的作物，因此玉米秸秆来源广。玉米秸秆常规处 理利用价值不高。本发明提供了一种每年产生量巨大的农林废弃物的新利用途径，可以 创造良好的经济效益。

(2)利用本发明制备的吸附剂对重金属的吸附效果好，而且由于原料稳定，最优 的制备工艺适应性广，处理重金属废水效率高。在碱化后加入洗涤的过程，能进一步去 除杂质，使后续反应效率提高，并且有利于控制下一步黄化反应。在置换反应后加入硫 酸镁和酒精混合溶液洗涤的步骤，有效提高了产品对重金属的吸附效果。

附图说明

图1为玉米秸秆黄原酸盐制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明， 本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

如图1所示，本发明一种玉米秸秆纤维素黄原酸盐的制备方法，实现步骤如下：

(1)每50g的玉米秸秆粉末中加入400-600ml20％氢氧化钠溶液，在常温下搅拌 3-5h，压滤抽干，得到固形物为碱化纤维素。

(2)将碱化纤维素用300ml蒸馏水分3次冲洗,进一步去除其中杂质，使pH稳定， 压滤，得到湿固体。

(3)将所得湿固体加入400ml10％氢氧化钠溶液，搅拌反应30min，然后加入 10mlCS₂，搅拌反应90-180min。

(4)反应结束后所得物料进行固液分离，弃去液相，固相用稀盐酸调节pH值为 7-10，过滤，然后再加入5％MgSO₄溶液200ml，继续搅拌20-30min，压滤，得到湿固 体。

(5)先用5％MgSO₄酒精混合溶液200ml洗涤，使洗出液pH值至稳定。

(6)将所得湿固体在50℃条件下烘干，研磨至40目，所得粉末为玉米秸秆黄原酸 盐。

实施例1制备条件对玉米秸秆纤维素黄原酸镁盐性能的影响

1、称取干燥磨成粉的玉米秸秆10g，置于1L大烧杯中，加入200ml20％的NaOH 溶液中，磁力搅拌器分别搅拌4h，待碱化结束后，过滤，60℃以下烘干15h，得到碱化 秸秆。

2、常温常压下，将碱化秸秆置于1L大烧杯中，10％NaOH溶液200ml，加入5mLCS₂， 常温搅拌3h。

3、黄化结束后，过滤得到湿固体调节pH为8左右，加入5％硫酸镁溶液100ml， 搅拌30min，在70℃恒温水浴加热30min去除过量CS₂。

4、依次加入1％稀硫酸镁、水、无水乙醇至中性，抽滤室温干燥得到黄原酸盐。

取实施案例1所得玉米秸秆纤维黄原酸盐0.2g，加入50ml初始浓度C₀＝40mg/L的 砷溶液，25℃的条件下恒温振荡吸附4h，摇床速度为120rpm，测定吸附容量。设定碱 化时间为4h、8h、12h、24h,黄化时间为1h、2h、3h、4h,固定镁盐浓度为1％、3％、5％、 7％，洗涤方式为1％硫酸镁溶液、酒精、5％硫酸镁和酒精为4:1混合溶液等条件进行单 因子变量实验，得到最佳的条件为碱化时间4h、黄化时间3h、固定镁盐浓度5％、5％ 硫酸镁溶液和酒精4:1混合溶液洗涤为最佳制备条件，最佳制备条件得到的玉米秸秆黄 盐酸盐对砷的吸附容量为9.595mg/g。

实施例2：本发明在土壤淋洗后废水处理中的应用

取上述发明制得的玉米纤维黄原酸盐吸附剂0.2g，加入50ml用0.5％鼠李糖脂淋洗 土壤后废水，25℃的条件下恒温振荡吸附4h，摇床速度为120rpm，淋出液经过处理后， As、Cd、Cu、Pb、Zn的去除率分别达到99.78％、99.81％、96.11％、99.97％、99.98％。

实施例3：本发明在含多种重金属废水处理中的应用

取上述发明制得的玉米纤维黄原酸盐吸附剂1g，加入50ml含Cu²⁺、Pb²⁺、As(ⅴ)、 Zn²⁺重金属废水，各重金属离子浓度均为20mg/L，pH值为5，25℃的条件下恒温振荡 吸附4h，摇床速度为120rpm，各重金属离子去除率为：Pb²⁺100％、Cu²⁺92％、Zn²⁺60.4％、 As(ⅴ)62％。

总之，本发明与现有技术的不同之处，本发明所用的原料是中国地区广泛种植的农 作物玉米的废弃物玉米秸秆，在原材料的持续大量获取和品质均一保证上优势显著，而 且本发明不仅能处理一般的重金属废水，处理对象拓展到成分更为复杂的淋洗废液的处 理，因此本发明具有更为显著的环境和社会意义。同时，本发明通过对吸附剂制备工艺 的优化，优选出吸附剂制备的最佳工艺，能够发挥出玉米秸秆材料特有的材料优势。总 之，本发明将农林废弃物玉米秸秆的价值进一步挖掘，使之可以应用于重金属废水的处 理，从而创造良好的经济效益和社会效益。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明 独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未 详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖 在本发明的保护范围之内。