[发明专利]纤维素基螯合纤维及其合成方法和应用

说明书

一、技术领域

本发明属纤维素纤维的化学改性领域，具体涉及纤维素基螯合纤维及其合成方法和应用。这种纤维素基螯合纤维，可选择性地高效地吸附水中的微量金属离子，特别是铜、锌等有害重金属离子，可广泛有效地应用于工业废水、饮用水的净化等。

二、背景技术

随着工业技术的持续发展，水污染变得日益严重。工业废水及饮用水中含有各种有害的重金属离子，必须加以去除，同时可将其分离与回收，变废为宝。

离子交换树脂和螯合树脂都广泛地应用于废水中有害金属离子的去除、捕集和富集，但对于微量浓度的金属离子未必有很好的选择性。

呈颗粒状的合成螯合树脂一般具有刚性的三维结构，疏水性高，金属离子或再生剂向树脂的扩散速度慢，影响了处理效率，尤其，那些不可再生而一次使用的树脂难于进行焚烧处理，因此，如何使使用过的树脂恢复吸附容量也成了很大的问题。

纤维状的螯合树脂比表面积大，金属离子或再生剂向纤维内部扩散的速度快，且有高的吸附性能和解吸性能，易于再生，又可加工成各种形状，如将纤维素基螯合纤维置于滤器盒内作滤芯用，也可加工成纸状、网状等等。

另外，用纤维素为骨架，合成得到的螯合纤维具有生物可降解性。

三、发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种纤维素基螯合纤维；提供一种可简单而安全地合成纤维素基螯合纤维的方法；以及提供一种可通过使用上述螯合纤维，可采用简单方法高效、选择性地捕集尤其是废水中、饮用水中的有害重金属离子。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种纤维素基螯合纤维，其特征在于，该纤维包括环氧活化的纤维素纤维、多胺型螯合纤维和多胺多羧酸型螯合纤维。其中，环氧活化的纤维素纤维是由纤维素纤维与含双键和缩水甘油基的化合物以1∶0.1-1∶4的质量比制成的；多胺型螯合纤维是由环氧活化的纤维素纤维与多乙烯多胺以1∶1-1∶30的质量比制成的；多胺多羧酸型螯合纤维是由多胺型螯合纤维与氯乙酸以1∶0.5-1∶4的质量比制成的。

该纤维素基螯合纤维的合成方法，其特征在于，纤维素纤维与含双键和缩水甘油基的化合物进行自由基接枝共聚，得到环氧活化的纤维素纤维，该环氧活化的纤维素纤维进一步与多乙烯多胺反应得多胺型螯合纤维，多胺型螯合纤维继续与氯乙酸反应，得多胺多羧酸型螯合纤维，具体合成步骤如下：

A、环氧活化的纤维素纤维的合成：将纤维素纤维、含双键和缩水甘油基的化合物与自由基聚合催化剂按照1∶0.1∶0.05-1∶4∶0.2的质量比在水介质中，进行接枝共聚反应，反应条件为在40-95℃下反应5分钟-10小时，反应结束后，滤出纤维，用丙酮或丁酮常温下浸泡半小时，再用丙酮或丁酮索氏抽提24小时；

B、多胺型螯合纤维的合成：将环氧活化的纤维素纤维与多乙烯多胺以1∶1-1∶30的质量比，在介质水、N，N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的任一种，或任两种或三种的混合体系中，于40-95℃下反应10分钟-10小时，反应结束后滤出纤维，并洗涤；

C、多胺多羧酸型螯合纤维的合成：将多胺型螯合纤维、氯乙酸与碳酸钾(或氢氧化钠、氢氧化钾)以1∶0.5∶0.3-1∶4∶2的质量比，在50-80℃反应0.5-20小时，反应结束后滤出纤维，并洗涤。

本发明的纤维素基螯合纤维，其骨架是纤维素纤维，具体地说，是以禾草(以稻麦草、芦苇、甘蔗渣、龙须草、竹子为特别优选)、木材类(以桉木、杨木、桦木、马尾松、云杉为特别优选)、棉、麻和其它农林废弃物为原料，以化学法、机械法或化学机械法制得，根据需要也可兼用其中的任几种纤维组合后使用。其中化学法制得的纤维素纤维采用苏打浆、硫酸盐浆、漂白硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、漂白亚硫酸盐浆中的一种；机械法制得的纤维素纤维采用木片磨木浆、磨石磨木浆、热磨机械浆中的一种；化学机械法制得的纤维素纤维采用化学热磨机械浆、碱性过氧化氢机械浆、盘磨化学预处理的碱性过氧化氢机械浆、漂白化学热磨机械浆中的一种。这些纤维素纤维的形状无特别的限定，可直接使用，可经机械作用使其表面起毛，也可磨成粉末，抄成纸片或做成织物使用。

上述步骤A的含双键和缩水甘油基的化合物，特别优选的是甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯或烯丙基缩水甘油醚，这些化合物既可单独使用，也可根据需要兼用其中两种或三种的混合物。

上述步骤A的自由基聚合催化剂为高价金属离子催化剂或氧化还原催化剂；其中高价金属离子催化剂为高价铈盐、钒盐或高锰酸钾中的任一种；其中的氧化还原催化剂为二价铁盐与过氧化氢及二氧化硫脲、二价铁盐与过氧化氢及肼，或过硫酸盐与二价铁盐中的任一种。