[发明专利]磺酸功能化的纤维素吸附材料的制备方法及用途

说明书

一种磺酸功能化的纤维素吸附材料的制备方法，包括：将含氨基芳香磺酸与酸酐在惰性非质子溶剂中，在路易斯酸催化下，于90～120℃下发生氨基与酸酐的开环反应，使芳香磺酸的分子中连接有羧基；将上述产生的连接有羧基的芳香磺酸与含纤维素结构的材料，在惰性非质子溶剂中，加入质子酸催化剂，利用羧基与纤维素结构中的伯羟基发生酯化，在惰性带水剂存在下，带水剂与水共沸条，将酯化产生的水带离反应体系，使酯化完全；通过蒸馏，将带水剂、惰性非质子溶剂回收；将回收溶剂后的酯化产品，经碱中和、水洗、过滤、干燥，得到磺酸功能化的纤维素吸附材料。本发明具有生产技术简单，原料来源广泛，生产成本过低，可循环使用等特点。

技术领域

本发明涉及一种可再生循环使用的环保功能材料，特别是一种磺酸功能化的纤维素吸附材料的制备方法及用途。

背景技术

水体中重金属会给环境和人体健康带来严重危害，重金属离子即使浓度低，由于在人体内不断积累，也会对人的健康造成危害。当前，各种工业污水的排放，水体中重金属的含量越来越高，严重影响人类及其它生物的健康与生存，如：砷能引起神经系统疾病和致癌作用。重金属离子是环境水质的重要污染物，这些离子对环境构成巨大威胁，尤其是它们的不可生物降解性而使其在痕量存在的情况下也对人类产生极大的危害。因此，在工业生产中，对水体中重金属离子的去除和回收一直被人类高度关注。

现有应用于去除重金属离子的技术有:化学沉淀技术、吸附技术、膜技术、离子交换技术、湿法萃取技术等，其中吸附技术因其操作简单、成本低而被广泛应用。吸附剂的种类多种多样，如:活性炭、粉煤灰、沸石类材料等多孔吸附材料。尽管其中有些吸附剂吸附量大，但是在许多情况下，对重金属离子去除效率低，尤其是对低浓度的重金属离子去除效率低，而且这些传统多孔吸附剂不易再生。

具有孔结构又包含有对金属离子起螯合作用的功能基的生物吸附剂、纤维素改性吸附剂等，可去除水体中的重金属离子，生物吸附剂以海藻为例，其对重金属离子有良好吸附作用是源于海藻细胞壁上的氨基、硫基、巯基、羧基、羰基、咪唑基、磷酸基、硫（磺）酸基、酚羟基、羟基和酰胺基是可能螯合金属离子的功能基。国外早在1990年就利用微生物固定化技术，推出AlgaSORB^TM(C.vulgaris)、AMT-BIOLAIM^TM (Bacillus biomass)等应用于重金属离子去除的生物吸附材料，且已商品化。但这种生物吸附材料生产技术复杂，成本过高。

将含纤维素结构的材料，如农业谷壳、玉米秸秆等材料，通过化学修饰使其具有对重金属离子有良好螯合作用的氨基、巯基、羧基等功能基，之后作为吸附剂应用于废水中去除重金属离子。纤维素修饰方法有酯化法、辐射固化法、接枝聚合改性法等。同时，利用磺酸化离子交换树脂对金属离子的吸附、解吸的应用基础，以含纤维素结构的材料进行磺酸功能化改性，可成为水体中重金属离子去除的理想材料。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术的不足，而提供一种磺酸功能化的纤维素吸附材料的制备方法，制备的吸附材料可用于水体中重金属离子去除，并可经洗涤、酸化、过滤再生后循环利用，同时可富集所吸附的重金属离子。

本发明的技术方案是：一种磺酸功能化的纤维素吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

一、将含氨基芳香磺酸与酸酐在惰性非质子溶剂中，在路易斯酸催化下，于90～120℃下发生氨基与酸酐的开环反应，使芳香磺酸的分子中连接有羧基；

二、将上述产生的连接有羧基的芳香磺酸与含纤维素结构的材料，在惰性非质子溶剂中，加入质子酸催化剂，利用羧基与纤维素结构中的伯羟基发生酯化，在惰性带水剂存在下，带水剂与水共沸条，将酯化产生的水带离反应体系，使酯化完全；

三、通过蒸馏，将带水剂、惰性非质子溶剂回收；

四、将回收溶剂后的酯化产品，经碱中和、水洗、过滤、干燥，得到磺酸功能化的纤维素吸附材料。