[发明专利]一种两性纤维素材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两性纤维材料的制备方法，具体涉及季铵—磺酸化纤维素的制备方法，属于材料改性加工领域。

背景技术

纤维素是地球上最为丰富的天然有机可再生资源，全球年产量超过1000亿吨，而以纤维素状态被利用的不到总量的1/10，很大部分的纤维素未被利用或未被合理利用，如随秸秆、木材等的燃烧或相关废弃物的排放而被耗散，不仅严重污染环境，更造成极大的资源浪费。随着不可再生资源石油、煤等储量的迅速下降及各国对环境要求的日益关切，纤维素作为可再生绿色资源，其广泛的应用潜力早已受到广大科研工作者的重视。因此，对纤维素资源及其衍生物的研究、开发利用，意义重大。

两性纤维素即通过氧化、酯化、醚化、交联和接枝共聚中的一种或多种反应对纤维素进行改性，而得到的同时具备阳离子基团和阴离子基团的改性纤维素。两性纤维素作为吸附材料使用时有其独特优势，因为各类污水成分往往都极其复杂，通常会含有不同电性的污染物，当吸附剂中同时含有阳离子基团和阴离子基团时，可同时实现对污水中带负电荷和带正电荷污染物的有效吸附，其应用范围大大拓展。这是其它单一电性的离子型吸附剂远不能及的效果。崔志敏等以甘蔗渣为原料，与甲基丙烯酸和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，制得了同时含有羧基和季铵基的两性纤维素，改性后的吸附剂对阳离子翠兰染料和酸性黄染料的吸附能力比活性炭提高了19.7%和33.2%，对Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Cr₂O₇^2-的交换吸附附能力平均比活性炭提高了7.4倍。

两性纤维素吸附剂中的阳离子基团通常包括氨基、季铵基或吡啶基等，可以吸附带负电荷的阴离子或化合物；而常被引入的阴离子基团则通常为羧基、磺酸基、磷酸基中的一种，可以吸附带正电荷的阳离子或化合物。因为改性相对容易的原因，其中较多见的阳离子、阴离子基团分别为氨基和羧基，事实上其吸附能力均不及相应的季铵基和磺酸基，但是将季铵基和磺酸基同时引入到纤维素中不容易实现，所以目前还没有关于该改性方法的报导。CAT (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵) 是一种液体活性阳离子醚化剂，广泛应用于造纸工业、日用化学工业、石油工业和水处理工业等领域。AMPS (2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)是极具发展潜力的阴离子有机中间体，具有多种优异性能，广泛用于纺织、水处理、石油开采、塑料、造纸和涂料等领域。目前全球约1/3的AMPS单体用于水处理工业，AMPS的均聚物或与丙烯酰胺、丙烯酸等单体的共聚物，可用于污水处理、空气净化等领域。国外大量使用表明，以AMPS作为污水处理剂，其用量少且效果明显优于现有聚丙烯酰胺类水处理剂。目前国内一些大中城市污水处理已经开始使用AMPS，且消耗量呈逐年增长趋势。3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在污水处理方面都有各自优势，若能有一种方法可将二者结合起来，发挥协同作用，则是一种性能卓越的吸附材料，应用前景广阔。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种制备两性季铵-磺酸化纤维素的方法，制备条件温和，得到的季铵—磺酸化纤维素宏观结构蓬松，微观结构多孔，对带负电荷的阴离子、阴离子化合物和带正电荷的阳离子、阳离子化合物具有良好的吸附能力，能够应用于重金属离子废水、有机物废水处理或作为其它材料的功能性载体使用。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种两性纤维素材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将纤维素置于质量浓度为0.5%~5%的氢氧化钠溶液中，浴比1:20~1:80，煮沸30~120min后，过滤或挤干置于质量浓度为5%~30%的氢氧化钠溶液中，浴比1:20~1:80，20~40℃下静置或振荡30~180min，取出洗净、烘干，得到碱性纤维素；

S2、将上述碱性纤维素按浴比1:10~1:80加入到反应介质中，搅拌下依次滴加质量浓度为10%~30%氢氧化钠溶液和醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，30~50℃反应2~5h，其中碱性纤维素和氢氧化钠的质量体积比为1:0.5~1:3，碱性纤维素和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的质量比为1:1~1:3，反应结束后，用稀盐酸调节产物pH值至中性，抽滤并依次用甲醇、无水乙醇洗涤，烘干至恒重，得到季铵化纤维素；