[发明专利]一种用于吸附重金属的改性纤维素衍生物吸附材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于生物质资源再利用技术领域，公开了一种用于吸附重金属的改性纤维素衍生物吸附材料及其制备方法与在重金属吸附领域中的应用。本发明用于吸附重金属的改性纤维素衍生物吸附材料，其特征在于具有如下式(一)所示结构：本发明还提供一种制备方法，利用三乙烯四胺的氨基与N‑羟甲基丙烯酰胺的羟基反应，引入仲氨基和酰胺基；再与二硫化碳反应引入羰基硫；与纤维素、丙烯酸通过溶液聚合的方式，得到最终的纤维素改性衍生物。本发明吸附材料兼顾了吸附过程中的物理吸附、化学吸附和静电吸附，吸附率容量和去除率高，且对重金属的吸附具有广泛适用性，其对重金属镉吸附容量可达400mg/g，是一种性能优良的重金属吸附剂。

技术领域

本发明属于生物质资源再利用技术领域，特别涉及一种用于吸附重金属的改性纤维素衍生物吸附材料及其制备方法与在重金属吸附领域中的应用。

背景技术

由于工业化生产规模的不断扩大、城镇建设的快速发展、农业生产中大量使用农药、化肥及污水灌溉、电子产业的快速发展，以及电子厂区的重金属污染和电子废品的丢弃等，致使许多有害的化学物质和重金属进入环境系统。其中重金属是持久性的污染物，其在环境系统中难以降解，并且会在鱼类及农作物组织内积累富集，通过食物链的作用，对人类产生危害。

目前，在重金属污染处理方面，主要采用吸附剂将离子态的重金属吸附固定。但是吸附剂种类繁多，吸附效果各异，稳定、高效、环保和成本低廉的吸附剂有待进一步开发和研究。纤维素来源广泛、价格低廉，又是可再生资源，现大部分被浪费或低值利用，不仅造成资源的浪费，而且还污染了生态环境。将纤维素或其衍生物用作重金属镉的吸附剂，不仅充分利用了资源，还可以降低重金属污染修复成本。

纤维素是由β-D-吡喃式葡萄糖通过1-4苷键连接形成的线性高聚合物，基本结构单元D-吡喃式葡萄糖基(即失水葡萄糖)，其分子式为(C₆H₁₀O₅)_n。纤维素大分子中葡萄糖基通过β-苷键联接，每个基环上均具有三个醇羟基，丰富的羟基基团使其在分子链间和分子内部形成大量氢键结构，加之天然纤维素的聚集态结构和较高结晶度的特点，极大的影响了这些羟基的反应活性，致使其吸附能力较弱。但是，这些羟基也为纤维素的改性提供了多种选择，可以发生氧化、醚化和接枝共聚等化学反应，接枝胺基、羧基等重金属吸附官能团，提高纤维素衍生物的重金属吸附能力。

Gurgel[Bioresource Technology,2008,99(8):3077-3083.]等对纤维素进行了羧基功能化改性，研究了羧基含量和丝光化对重金属镉、铜和铅吸附性能的影响，结果显示羧基含量的增加有利于重金属的吸附。Hokkanen S.[Cellulose,2014,21(3):1471-1487.]等使用氨丙基三乙氧基硅烷对纤维素进行了表面修饰，使材料表面含有氨基，结果显示改性后纤维素吸附剂对重金属镍、铜和镉吸附性能有了较大提升。专利CN104437410A公布了一种偕胺肟-羟胺肟改性的纤维素材料及制备方法，其对铜、铁、亚甲基蓝和刚果红的吸附容量，分别约为100、150、200和400mg/g。专利CN103554510A公布了一种端氨基改性纤维素及其制备方法，并将其用于重金属汞、铜、铅、镉的吸附，材料对各种重金属的吸附率均为90％以上。

从现有研究来看，在纤维素表面同时修饰多种活性吸附官能团的研究少有报道，通过简单的方法制备高效、具有普适性以及多种吸附化学官能团修饰的纤维素改性材料仍有待进一步研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种吸附容量大、生产成本低、吸附效果好、脱附容易的用于吸附重金属的改性纤维素衍生物吸附材料。本发明材料为同时含有仲氨基、羧基、酰胺基和羰基硫等活性官能团的改性纤维素衍生物。

本发明另一目的在于提供一种上述改性纤维素衍生物吸附材料的制备方法。