[发明专利]纤维素/单宁微纳纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种基于纤维素材料并固定有单宁的微纳纤维，同时还涉及其制备方法。

背景技术

单宁（Tannin）是一种天然多酚化合物，广泛存在于多种树木(如落叶松、荆树等)的树皮和果实中。单宁分子结构上富含邻位酚羟基，使其可与重金属离子或阳离子型有机染料发生静电结合和络合作用，形成五元螯合环，因此具有很好的水净化能力[Sep. Purif. Technol., 2006, 47, 113]。然而，单宁极易溶于水的性质限制了它在作为优良吸附材料方面的应用。于是，将单宁固定化的工作成为解决的措施。单宁固定化即通过固定化反应将单宁结合在二氧化硅、活性炭[J. Mol. Catal. A: Chem., 2010, 320, 40]、树脂[J. Hazard. Mater., 2009, 166,1488]以及水滑石[Appl. Clay Sci., 2008, 42, 214]等非水溶载体上，用于重金属吸附或贵金属回收。

纤维素是一种分子链上富含羟基的天然高分子，通过羟基交联反应，可将同样富含羟基的单宁固定在纤维素分子链上。Lima等以环氧氯丙烷为活化剂，将单宁固定在球形纤维素上用于吸附水中Cr²⁺，吸附效率达到90-94%[J. Radioanal. Nucl.Ch., 1998, 231, 35]。华东理工大学刘坐镇等采用球形纤维素作为载体，经长链双环氧试剂活化，偶联单宁后制得纤维素固定化单宁用于重金属吸附[CN200410089206]。上述制备路线长、操作繁杂，尤其是采用球形纤维素载体还需经溶解再生方法制备得来，无疑更增添了额外的工艺步骤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素/单宁微纳纤维，同时提供其相应的制备方法是本发明的另一发明目的。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：纤维素/单宁微纳纤维，是由微纤化纤维素和单宁水溶液的混合液加入固定化试剂反应后所得产物；所述固定化试剂为带有两个以上官能团的醛类、酸类、醚类或环氧类物质。

所述固定化试剂为戊二醛、柠檬酸、乙二醇二缩水甘油醚或环氧氯丙烷。

所述单宁为缩合类单宁或水解类单宁。

所述单宁为杨梅单宁、荆树皮单宁、坚木单宁或五倍子单宁。

所述微纤化纤维素的长径比为：1︰200～1︰600；既有利于吸附，又有利于吸附完成后从水中回收。

所述微纤化纤维素由微晶纤维素、木浆或棉短绒经高压均质法或高速研磨法或高强度超声法制备而成。

所述单宁水溶液的质量浓度为5wt%～20wt%；所述微纤化纤维素、单宁水溶液和固定化试剂的用量比为0.05～0.3g︰1ml︰0.01～0.05ml。

所述纤维素/单宁微纳纤维的制备方法，包括以下步骤：1）将单宁溶于水中制成单宁水溶液；2）向单宁水溶液中加入微纤化纤维素制得微纤化纤维素-单宁混合液；3）在微纤化纤维素-单宁混合液中加入固定化试剂，经过反应得到纤维素/单宁微纳纤维。

步骤3）中反应的温度为30℃～60℃，反应的时间2～6h。

对步骤3）得到的纤维素/单宁微纳纤维水洗处理，主要目的是除去未反应的固定化试剂小分子。

本发明以微纤化纤维素为固定化载体，通过固定化反应将单宁固定在纤维素上，形成具有微纳尺寸结构并具备良好吸附性能的吸附剂，可广泛应用于水处理中。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：（1）采用经过简单物理拆分的微纤化纤维素作为单宁的固定载体；原料易得，工艺简单，大大降低生产成本；（2）通过微纤化的拆分作用，致使纤维素更多的羟基基团得以暴露，使得单宁在纤维素上的固定化更易发生；（3）微纤化纤维素和单宁均为生物质资源，可多次重复使用，也可自然降解，具有环境友好性，以该产品为废水处理吸附剂不易带来二次污染；（4）整个制备过程步骤简单，且反应条件温和，可操作性强，有利于本发明的工业化推广。

附图说明

图1是微纤化纤维素及纤维素/单宁微纳纤维（湿态）的数码图片；

图2是纤维素/单宁微纳纤维的透射电镜图片；

图3是以亚甲基蓝染料为吸附质模型，微纤化纤维素和纤维素/单宁微纳纤维经2h后的吸附情况及空白对照；

图4是以亚甲基蓝染料为吸附质模型，微纤化纤维素和纤维素/单宁微纳纤维的吸附动力学曲线。

具体实施方式