[发明专利]纤维素吸附剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明属于天然高分子改性材料技术领域，涉及一种纤维素吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将氧化的木材加入聚乙烯亚胺‑甲醇溶液反应，反应结束后，用水充分润洗，随后加入戊二醛溶液反应，反应结束后得到纤维素吸附剂。本发明还提供了通过上述制备方法得到的纤维素吸附剂及其应用。本发明制备方法可控性强、操作简单、全溶液室温制备，有利于大规模生产。

技术领域

本发明属于天然高分子改性材料技术领域，涉及一种纤维素吸附剂、其制备方法及其应用。

背景技术

处理含重金属离子废水的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法以及吸附法等，其中吸附法具有原料来源广泛、操作简单、处理高效等优点成为研究重点。

纤维素是自然界中最丰富的绿色天然材料，由于其来源广泛、价格低廉以及优异的化学修饰能力，而被认为是吸附剂中不可或缺的原料。木材作为一种碳中性的生物质资源，其含有45％左右的纤维素。传统的方法是将木质素与半纤维素去除，仅留下木材纤维素，随后将纤维素应用于重金属离子吸附研究中。但是纯纤维素几乎没有吸附能力，所以必须通过化学改性，修饰纤维素中丰富的羟基，从而赋予纤维素一些螯和重金属离子的基团(胺基、羧基等)，使其成为性能优良的吸附材料。

专利CN110124623A公开了一种改性玉米秸秆纤维素吸附剂的制备方法，其利用生物质废弃物玉米秸秆通过微晶纤维素提取、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝、二乙烯三胺胺化等步骤制得，但是该吸附剂制备过程中需要经过粉碎、超声、除氧等，工艺复杂、繁琐，能源消耗高，不利于大规模制备。

专利CN109289805A公开了纳米纤维素复合气凝胶吸附剂由纳米纤维素和具有增加湿强性能的高分子聚合物(可以为聚乙烯亚胺)混合，采用循环冷冻-融化-冷冻方式调控水凝胶结构，采用循环挤压-吸收置换-挤压的方式实现吸附剂的解吸和再生，虽然该专利也是以生物质资源为原料制备的，但是其对重金属离子吸附效率较低，循环吸附能力较差。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种纤维素吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

将氧化的木材加入聚乙烯亚胺-甲醇溶液反应，反应结束后，用水充分润洗，随后加入戊二醛溶液反应，反应结束后得到纤维素吸附剂；

其中，氧化的木材、聚乙烯亚胺-甲醇溶液、戊二醛溶液三者添加量之比为(1-5)g：(10-50)ml：(10-50)ml。

本发明的制备方法，将氧化的木材经戊二醛交联，将聚乙烯亚胺引入木材中，得到富含胺基、多孔、具有良好压缩性能的纤维素吸附剂。

本发明制备方法可控性强、操作简单、全溶液室温制备，有利于大规模生产。

在一些实施方式中，将去除半纤维素与木质素的木材浸泡在pH为8-12的水中，以1g木材计加入5-15mmol次氯酸钠溶液反应2-5h，然后加入0.1-0.5M的盐酸溶液终止反应，随后用0.1-0.5M的盐酸溶液浸泡木材，得到氧化的木材。

在一些实施方式中，去除半纤维素与木质素的木材通过如下方法获得：

将木材浸泡在含有氢氧化钠和亚硫酸钠的沸腾的水中反应4-12h，将其取出，然后再浸泡在沸腾的亚氯酸钠溶液中直至木材变白，得到含有纤维素的木材。由此，通过将木材经过碱处理与氧化，去除半纤维素与木质素，得到含有纤维素的木材。

在一些实施方式中，聚乙烯亚胺-甲醇溶液是质量分数为0.1～6％聚乙烯亚胺-甲醇溶液。

在一些实施方式中，戊二醛溶液为质量分数为0.1～4％的戊二醛水溶液。

在一些实施方式中，纤维素吸附剂的制备方法，包括如下具体的步骤：