[发明专利]一种两性纤维素吸附剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种两性纤维素吸附剂的制备方法，首先将纤维素加入到氢氧化钠‑尿素水溶液中，搅拌均匀后得到纤维素悬浮液；然后将其冷冻后再解冻，搅拌混合均匀，得到纤维素溶液；将纤维素溶液离心，取上清，往上清中依次滴加双(2‑乙酸基)胺衍生物水溶液、双(吡啶乙基)胺衍生物水溶液，50‑100℃的温度下搅拌反应2‑12h后，得到反应产物，将反应产物依次用去离子水、丙酮、乙醚洗涤，然后抽滤、干燥，即得。本发明方法制备的两性纤维素吸附材料表面连接的是“钳形”结构的离子型基团，这比单链的离子基团改性纤维素的活性基团更多，吸附作用更强，并且本发明方法反应步骤少，反应条件温和，操作简单，利于大规模生产。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种两性纤维素吸附剂的制备方法及其作为水体净化吸附材料的应用。

背景技术

随着人口的剧增和工业的迅速发展，水环境污染已经成为一个严重的问题，特别是重金属污染尤为严重。由于重金属离子难降解、可在生物体内积累、可通过生物链传递，所以重金属离子污染已经严重威胁到水生生态系统和其他生物系统以及人类生命安全。

吸附法因设备简单、运行费用低、处理效果好等优点一直是废水处理研究的热点，因此，开发高效、廉价、环境友好的吸附剂备受关注。纤维素作为一种来源丰富、价格低廉、无毒环保、生物相容性好且可完全降解的天然材料,将其用于污水水处理具有巨大的经济和社会价值。由于纤维素分子内氢键作用较多，导致其吸附性能不强，所以很多学者对纤维进行了改性。其中两性纤维素是一类同时含有阳离子和阴离子基团的一类水纤维素衍生物,可以同时对带负电荷和带正电荷污染物进行吸附,吸附效率高。这类材料在污水处理、油田开采、日用化工等领域有着广阔的应用前景。

近年来关于两性纤维素制备方法也有一些文献的报道，例如：闻海峰对脱脂棉依次进行碱化、羧甲基化、季铵化得到两性纤维素；傅伟昌(柚皮纤维素制备两性重金属离子去除剂及其在电解锰废水处理中的应用,湖南大学.2002)以环氧氯丙烷、二甲胺和氯乙酸作为离子化试剂，对棉纤维和柚皮纤维进行改性，制得甜菜碱型两性离子纤维素吸附剂；钟倩倩(麦草两性螯合吸附剂的研制及对Cu(II)和Cr(VI)的吸附性能研究[D],山东大学.2011)以N，N-二甲基甲酸胺为介质，利用麦草秸秆与环氧氯丙烷、乙二胺、三乙胺的胺化反应，得到阳离子型麦草季胺盐吸附剂；随后以异丙醇为溶剂，氯乙酸为离子化试剂，制成麦草两性离子吸附剂WSAA；有学者(Zhang,W.,et al.,Carbohydrate Polymers.2012 90(2),887-893.)利用环氧氯丙烷、三甲胺和氯乙酸为离子化试剂，对纤维进行改性，制得两性离子纤维素吸附剂。然而上述报道的两性纤维素，其离子型基团均是单链的形式链接到纤维的表面，因此，所得两性纤维素材料的表面吸附活性位点相对较少，从而影响了对重金属离子的去除效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种两性纤维素吸附剂的制备方法及应用，以解决现有技术中离子型基团是以单链的形式链接到纤维的表面导致的两性纤维素对重金属的去除效果差的问题。

本发明的原理：

本发明所采用的技术方案如下：

一种两性纤维素吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纤维素加入到氢氧化钠-尿素水溶液中，搅拌均匀后得到纤维素悬浮液；

(2)将步骤(1)的纤维素悬浮液冷冻后再解冻，然后搅拌混合均匀，得到纤维素溶液；

(3)将步骤(2)的纤维素溶液离心，取上清，往上清中依次滴加双(2-乙酸基)胺衍生物的水溶液和双(吡啶乙基)胺衍生物的水溶液，50-100℃的温度下搅拌反应2-12h后，得到反应产物，将反应产物依次用去离子水、丙酮、乙醚洗涤，然后抽滤、干燥，得到的产物即为两性纤维素吸附剂。

步骤(1)中，所述纤维素为微晶纤维素或棉纤维素。