[发明专利]利用花生壳制备双功能改性纤维素吸附剂的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用花生壳废料制备双功能改性纤维素吸附剂的方法和应用技术，具体为花生壳双功能改性纤维素吸附剂的制备方法，以及利用本发明制备的花生壳双功能改性纤维素作为吸附剂材料，吸附和去除水中超标重金属铜、铬、汞、磷酸盐和亚甲基蓝染料色素等，达到无害化处理和实现水资源保护等目的。

背景技术

近年来，随着石油、煤炭储量的下降以及价格的飞速增长，工业化进程的发展，废水排放量日益加剧，各国对环境污染问题日益关注。中国是世界花生生产大国，年总产量达1450万吨以上，占世界总产量的42%，每年约产生450万吨花生壳。花生壳中含有大量的纤维素。目前，花生壳除了少部分被用作饲料外，大部分被扔掉和烧掉，造成资源的极大浪费和环境污染。花生壳主要由纤维素(45.3%)、木质素(32.8%)和半纤维素(8.1%)组成，如果能从花生壳中提取出优质的纤维素，并对其进行改性，使其成为具有良好吸附性能的一类功能高分子吸附剂，用以吸附、分离和提取废水中的重金属离子和处理有机染料等污染物，无疑在资源再生与回收利用、变废为宝等方面具有重要而积极的意义。

目前，尽管人们对从花生壳中提取纤维素工艺做了一定的研究，但主要集中于膳食纤维的粗提取，如何脱除半纤维素和木质素得到花生壳纤维素并对其进行改性并用于环境污染物吸附剂的研究较少。山东大学发明的《一种改性花生壳阳离子吸附剂、制备方法及应用》（专利公布号CN102553538A）采用花生壳、环氧氯丙烷、N,N-二甲基甲酰胺和三乙烯四胺为原料制得了一种改性花生壳阳离子吸附剂，可用于废水中阴离子的吸附去除。但该方法中使用了具有高毒性的可燃液体环氧氯丙烷和高粘性与致癌危险的N,N-二甲基甲酰胺作为反应溶剂，且反应周期较长，操作繁琐，官能团比例不易控制，因此，其应用受到较大限制。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种操作简单、效率高、毒性低更加环保的利用花生壳制备双功能改性纤维素吸附剂的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用花生壳制备双功能改性纤维素吸附剂的方法，以废花生壳为原料，清洗、烘干、粉碎、过筛、去黄色素、半纤维素和木质素，得到花生壳纤维素；进一步经取代、酰胺化反应对材料进行表面功能化修饰，最终得到氨基、羧基双功能改性的花生壳纤维素吸附材料；产品呈粉末状，浅棕黄色，粒径约为1.5～2.5μm；

具体制备作步骤如下：

（1）对花生壳进行清洗去杂、干燥后进行粉碎、过筛，得到预处理的花生壳粉末；

（2）称取步骤（1）所得的花生壳粉末，并将其浸渍到醇的体积分数为20～70%的醇酸混合溶液中1-4h，花生壳粉末与醇酸混合溶液的固液比为1～20g:100mL；然后抽滤，用醇的体积分数为20%～70%的醇酸混合溶液洗涤抽滤所得的固体，再用蒸馏水进行清洗至中性，以除去黄色素；然后再次抽滤，所得固体置于干燥箱中40-100℃烘干得去黄色素后的花生壳粉末；

（3）称取步骤（2）所得的花生壳粉末，将其分散在质量百分比浓度为2-10g/100mL的碱溶液中，步骤（2）所得的花生壳粉末与碱溶液的固液比为1～20g:100mL；然后在25-75℃反应0.5-10h，以脱除花生壳中的半纤维素；反应后离心分离，所得固体用蒸馏水润洗3-5次，使溶液至中性，所得固体在40-100℃烘干得脱除半纤维素的花生壳粉末；

（4）称取步骤（3）所得脱除半纤维素的花生壳粉末加入到体积比为1:0.5～8的氧化剂和酸（氧化剂：酸）的混合溶液中，控制溶液pH在2.0～6.0，步骤（3）所得脱除半纤维素的花生壳粉末与氧化剂和酸的混合溶液的固液比为2～50g/100mL；然后在25～100℃恒温震荡0.5～5h，以脱除大部分木质素；离心，所得固体用蒸馏水润洗溶液至中性，再用丙酮润洗，所得固体在40-100℃烘干，得花生壳纤维素；

（5）称取步骤（4）所得花生壳纤维素加入质量百分比浓度为2～50%的有机多元酸溶液中（有机多元酸在溶液中的质量百分比浓度），步骤（4）所得花生壳纤维素与机多元酸溶液的固液比为1～50g:100mL；再加入1～2滴浓硫酸，在25～75℃恒温搅拌反应0.5～5h，抽滤，室温下水洗滤液至pH=7；然后再抽滤，将所得固体置于干燥箱在40-100℃下烘干，即得羧酸改性纤维素；