[发明专利]一种可净化尿液的改性纤维素气凝胶及其制备方法

说明书

一种可净化尿液的改性纤维素气凝胶及其制备方法，该制备方法如下：将棉籽剥绒得短棉绒纤维；将短棉绒纤维与碱混合，碾搓脱脂，加氧化剂和酸调pH，碾搓、绞切、压滤，得氧化改性纤维浆饼；将其与水混合，匀浆，过滤，得毫米级纤维浆饼和微米级纤维素浆液；将微米级纤维素浆液剪切搅拌，均质处理，得纳米纤维素浆液；将毫米级纤维浆饼加入微米级纤维素浆液，剪切搅拌，加入纳米纤维素浆液，剪切搅拌，加入金属改性剂搅拌，得氧化和化学吸附金属改性纤维素浆液；将其冷冻干燥或CO₂超临界干燥，得改性纤维素气凝胶。该改性纤维素气凝胶密度较小、吸附量大、抑菌率高、金属离子结合牢固度高，经其净化后的尿液可达饮用水标准。

技术领域

本发明涉及吸附剂和水处理技术领域，尤其涉及一种可净化尿液的改性纤维素气凝胶及其制备方法。

背景技术

戈壁沙漠，多晴天、日照时间长，终年少雨或无雨，年降水量一般少于250毫米，降水为阵性，愈向荒漠中心愈少。因此，戈壁沙漠环境中，水对生物和生命来说极其宝贵。太空飞船和空间站上，一杯水的价值是3000美元，平均每升水的代价是11000美元，国际空间站上的宇航员，包括饮用和洗理等，平均每天都要使用大约4.4 L水，这意味着每名宇航员每天花费的水价就高达48400美元。

一般健康成人的尿量为1-2L/d。尿液的主要成分是水占到95 %，其次是尿素占1.8%，无机盐和有机物占1.1%。因此，在特殊环境中对生活用水和尿液的循环处理与利用显得十分必要。

天然纤维素来源广泛、产量高、可再生、环境友好、力学性能优异，纳米纤维素因长径比和比表面积大幅度增加，作为吸附材料的吸附能力也会显著提高。将纳米纤维进行化学改性后可引入新的功能基团，可以进一步改善其吸附性能。

我国是世界第一产棉大国，棉花年总产量为600-700万吨，棉籽年产量为960-1100万吨。如将轧花后的棉籽全部剥绒，所得短绒可相当皮棉总产量的15-20%，所以，棉籽短棉绒是一项不可忽视的纤维素资源。

现有的吸附剂，如活性炭、分子筛、硅胶、离子交换树脂等，对于戈壁沙漠和太空环境来说，通常存在吸附量小、重量大（密度大）、携带不便、抑菌率不高等问题。因此，开发一种吸附量大、重量轻（密度小）、携带方便、抑菌率高的吸附剂对于戈壁沙漠和太空环境中的尿液等生活用水处理来说是极其重要的。

对此，相关研究人员做了许多研究工作，如：中国发明专利201410063135.2公开了一种吸附剂、吸附剂的制造方法、水处理系统及水处理罐，吸附剂是表面具有乙二胺结构双齿氮鳌合物官能团配体、粒径为30-400μm的无机多孔质体，水处理系统其具有吸附装置、供应装置、排出装置、测定装置、控制装置。

中国发明专利201510037138.3公开了一种用于水处理的除磷吸附胶囊颗粒及其制备方法，以水为反应介质，使壳聚糖与铁盐进行反应，得到胶体；将所述胶体加入到碱性溶液中，静置后得到含有除磷吸附胶囊颗粒的体系。

中国发明专利201610219668.4公开了一种用于水处理的复合吸附剂，以膨润土和硅藻土为主要原料，通过添加具有强结合力的聚乙烯醇，具有强吸附作用的甘蔗渣、粉煤灰、海藻酸纤维，具有抗菌效果的碳酸钾、纳米二氧化钛等为辅助原料混合制得。

中国发明专利201610084367.5公开了一种氧化纳米纤维素吸附材料及其制备方法，将纤维素进行预处理后清洗；在2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物与溴化钠的催化作用下，将得到的纤维素在次氯酸钠氧化剂的作用下进行氧化反应，得到氧化纳米纤维素；将氧化纳米纤维素与含有氨基的高分子的有机溶液混合后离心，再与交联剂混合，反应后得到氧化纳米纤维素吸附材料。