[发明专利]一种桔皮纤维素基过渡金属阳离子表面印迹聚合物合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及桔皮的综合利用方法，尤其是对提取过类黄酮素后的残渣——生物质纤维素的一种改性方法，即在其多孔性的表面接枝合成对过渡金属阳离子具有特异识别性吸附性能的印迹位点。

背景技术

随着我国经济高速发展，工业生产带来的重金属污染已成为最主要环境污染物之一，如电镀行业的铬、镉、铅污染，皮革行业的铬污染，蓄电池行业的铅污染，这些重金属，其危害已持续显现。因此，重金属的排放状况和污染治理技术持续受到人们关注，我国已经认识到污染治理不能只停留在末端控制技术上，走发达国家先污染后治理的老路，应该发展全程控制工艺，将污染消化在生产过程中，达到污染零排放，实现经济和环境的可持续发展。

工业废水中的重金属离子若进入水环境，跟水中有机物结合，进入生物体内，甚至进入食物链，最终对人类健康产生重大危害。当前，工业废水中的重金属离子的去除仍以沉淀法为主，即加入石灰等碱性药剂，调节pH至碱性时，重金属离子转化为微溶的氢氧化物，再辅以絮凝剂，沉淀分离。这种传统工艺参数控制要求高，适用于大型的污水处理设备，但去除率偏低，产水中仍有少量残余，尤其对原水含量较低的情况，其效率就更为低下，而且沉淀下来的重金属氢氧化物杂质含量高，若要回收利用，则必须进行深度处理。采用离子交换树脂对重金属阳离子进行处理，回收率较高，但易出现其他离子竞争交换，降低树脂的有效交换容量，导致成本升高的劣势。另外，离子交换树脂在处理污水时容易被杂质污染而中毒，工作状态不断恶化，这也导致该工艺难以广泛使用。因此，重金属污染工业废水处理和回用工艺急需高选择性的吸附滤料，使重金属离子被经济、高效地回收利用，水质也得到净化，达到回用标准。

离子印迹技术起源于分子印迹技术，分子印迹技术是利用目标分子与某种聚合物单体以弱作用力相结合，如氢键、范德华力及静电引力等，再利用引发剂引发聚合反应，将单体聚合成聚合物，脱除目标分子后，聚合物的吸附位点就保留了与该目标分子形状相同的半封闭吸附空位，因此，聚合物具有对该目标分子识别性能。离子印迹技术原理与之相同。但研究发现，深入聚合物内部的吸附空位因为位阻影响，难以发挥作用。因此，后来发展了表面离子印迹技术，使用比表面积较大的支撑体，将吸附空位全部保留在支撑体的表面，令其具有较大的动力学优势。

本发明利用简单的接枝改性技术，将具有吸附位点的功能单体接枝聚合到预处理后的桔皮纤维素表面，阳离子印迹反应后，再利用交联剂闭合吸附空位，形成具有实际应用价值的桔皮纤维素基阳离子表面印迹聚合物。其特殊的合成路线，目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是：提供一种桔皮纤维素基过渡金属阳离子表面印迹聚合物的合成方法，尤其是针对重金属阳离子的识别吸附和回收。

本发明的目的是这样实现的：

1、桔皮纤维素预处理：将晒干后的桔皮粉碎，过100目标准筛，利用微波辅助乙醇溶剂浸提类黄酮素，清洗后加入异丙醇进行醇化反应，之后加入氢氧化钠碱化反应，目的是将纤维素中杂质去除的同时，使表面羟基化，即在纤维素表面形成大量的羟基；

2、桔皮纤维素烷基化：加入醛类有机物，利用羟醛缩聚反应，将纤维素表面烷基化。或者利用偶联剂——3-氯丙基三甲氧基硅烷与桔皮纤维素在甲苯溶剂中发生偶联反应，将纤维素表面烷基化；

3、活性基团与基体接枝，提供吸附位点：在氮气保护下，使用带氨基、带有氨基和羧酸基或带有氨基和磺酸基的有机物分子，在烧碱的催化下，与烷基化的桔皮纤维素发生亲电取代反应，将氨基活性基团接枝到纤维素表面，形成对过渡金属离子具有吸附能力的吸附位点；

4、印迹反应：将上述合成的具有吸附位点的纤维素放入目标阳离子溶液中，充分吸附反应，洗去多余离子，备用；

5、封闭吸附空位，脱除目标离子，获得印迹聚合物：利用环氧氯丙烷与印迹反应后的纤维素反应，将吸附位点连同目标离子一起封闭，形成表面阳离子印迹聚合物。再利用盐酸和氨水分别洗脱纤维素聚合物进行脱除再生，即获得对目标离子具有识别吸附性能的印迹聚合物。

本发明的特点是：

1、利用桔皮这种生物质纤维素作为印迹聚合物支撑体，它具有高比表面积，表面羟基丰富，亲水性强以及可降解等多重优点，是一种优质环保且廉价的材料。该发明可实现桔皮资源的综合利用，为将来产品开发应用奠定基础；

2、利用桔皮纤维素表面固有的羟基进行原位羟醛缩合反应，完成烷基化，再利用烷基的亲电进攻性能，进攻带有孤对电子的有机胺基团，实现亲电取代，完成对过渡金属阳离子具有吸附性能的功能基团的接枝聚合反应，实现桔皮纤维素表面功能化；