[发明专利]一种玉米叶综纤维素衍生物共混凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用农业固体废弃物——玉米叶制备可吸附铅铜重金属离子的碳水化合物衍生物共混凝胶的制备方法，属于天然高分子改性材料技术领域。

背景技术

由于人类对重金属的开采、加工及商业利用活动日益增加，造成众多重金属如汞、镉、铅、铜、钴等进入大气、水体、土壤中，引起严重的环境污染。于此同时，各种化学态存在的重金属一旦进入生态系统后就会存留、积累和迁移，严重威胁人类和其他动植物的生存。因此，如何科学有效地解决重金属离子污染已经成为世界各国关注的焦点问题之一。目前重金属废水处理的方法有很多，常用的有化学法，膜法，离子交换法，吸附法等，其中吸附是一种快速而有效处理低浓度废水的技术^[1]。原料价廉、吸附高效，且具有生物可降解性的吸附剂一直是广大科研工作者的关注热点。在众多廉价的原材料中，由生物质提取得到的多糖类天然高分子，由于其含有大量羟基，能够有效偶联络合重金属离子；同时，通过化学改性对其羟基进行修饰，可以引入新的官能团，如羧基、氨基、季铵基等，从而大幅度提高重金属的吸附能力^[2、3]。现今多糖类天然高分子，包括综纤维素（纤维素和半纤维素的总称）、淀粉、单宁等，已呈现出具有较大开发潜力和使用优势^[4]。

在天然高分子改性研究的范畴中，多糖类高分子主要来源于植物原料，其中综纤维素作为植物两大主要的高分子组分，因其资源存储量大，具有可再生性，现被广泛地开发和利用。根据国内外相关报道，再生纤维素凝胶存在大量的微孔结构，且具有较大的比表面积，可作为优良的吸附材料^[5]；具有大量羧基的改性纤维素产物——氧化纤维素对重金属离子具有强烈的吸附效应^[6]；同时，半纤维素经过两性改性（羧基化和季铵基化）后能够增大反应的比表面积，且具有大量两性官能团的半纤维素衍生物对重金属离子具有强烈的吸附效应^[7]。然而，综合纤维素和半纤维素两类天然高分子材料用于重金属离子废水的处理还未见报道。

玉米叶是我国最大农业废弃物之一的玉米秸秆的一部分，因受到自身特点和转化技术的制约，还没有得到高附加值利用，现主要用作动物饲料和农村生活燃料。但不可否认的是，玉米叶中含有丰富的碳水化合物（纤维素和半纤维素含量分别为34.2％和29.9％）,且木素含量较低（16.4％）^[8]，从原料组分上证明玉米叶可作为综纤维素功能材料的初始原料。另外，玉米叶主要由非纤维细胞（或称为杂细胞）构成。与纤维细胞相比较，杂细胞壁结构疏松，比表面积较纤维细胞大，导致了其纤维素可最大限度地暴露出游离的羟基，增大反应的可及度，增加衍生化反应的均匀性和重复性，提升纤维素改性的程度。因而，对于制备碳水化合物衍生物而言，玉米叶原料其独特的优势。

结合现代工业造成的水体重金属污染问题，本申请详述以玉米叶为植物原料制备环境友好型综纤维素衍生物混合凝胶的工艺流程，作为铅、铜等重金属离子吸附剂。不仅为弥补薄壁细胞中多糖类高分子研究的空缺，而且提高玉米资源的综合利用效率，为玉米叶的高附加值利用起到积极的推动作用。

参考文献

[1] 林永波，邢佳，施云芬，等.高分子凝胶球去除废水中重金属离子的研究[J].环境保护科学，2008，34（2）：21-24.

[2] 张志柏，张帮鸾.改性蔗渣纤维素吸附剂的制备研究进展[J].广西轻工，2008，24（2）:14-15.

[3] 陈丽华.改性纤维素吸附剂的制备及其对重金属离子的吸附[J].中国新技术新产品，2009，（12）：6.

[4] 林永波，邢佳，孙伟光，等.海藻酸钠－聚氧化乙烯凝胶球去除废水中重金属离子的研究［J］.环境污染与防治，2008，30（3）：50-53.

[5] M.Hirota, N.Tamura, T. Saito, A. Isogai. Surface carboxylation of porous regenerated cellulose beads by 4-acetamide-TEMPO/NaClO/NaClO₂ system, Cellulose, 2009, 16: 841-851.

[6] 田玲园，武荣兰，徐世美，等.纤维素-g-p (4Vp/MBA)共聚物均相制备及应用研究［J］.功能材料，2013，（z2）：311-315.