[发明专利]一种两性纳米纤维素的制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种两性纳米纤维素的制备方法，通过季铵化改性和羧基化改性制备得到的两性纳米纤维素，具有显著的取代度；本发明的两性纳米纤维素在改性完毕后就能达到纳米级别，无需再通过超声波粉碎、超高速打碎等处理，有助于简化生产工艺，进而降低生产耗能，降低生产成本；本发明的两性纳米纤维素的高亲水性、具有阴离子基团羧酸根和阳离子基团三甲基季铵盐的特征，使其能够吸附具有正电荷和负电荷的有机物大分子，因此可以应用于有机废水的处理中；本发明两性纳米纤维素的制备工艺整体条件温和、操作简便，有利于批量生产。

技术领域

本发明涉及功能材料的制备领域，具体而言，涉及一种两性纳米纤维素的制备方法、应用。

背景技术

纳米纤维素是天然聚合物的一类可再生纳米材料。由于未改性的纳米纤维素会暴露出大量的表面羟基，并可能取决于制备过程，而使其他带负电荷的基团，如硫酸盐或羧酸盐基团等暴露出来，因而适合阳离子分子的吸附。现有技术中通过2,2,6,6-四甲基吡啶-1-氧基的氧化制备的高比表面积纳米纤维素气凝胶显示出可吸附去除阳离子染料孔雀绿，为了制造用于阴离子染料的纳米纤维素吸附剂，通常需要化学修饰，例如引入带正电荷的氨基。然而，只具备正/负电荷基团的纳米纤维素难以应用于实际的有机废水处理应用当中。Zheng G Z等(Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics,1995,33(6):867-877.)在氮气保护的条件下加入阳离子醚化剂对羧甲基纤维素进行取代反应，且在通氮反应30min后，需要加入盐酸溶液透析数天。张黎明等(应用化学，1998，015(004)：5-8.)需要用异丙醇作反应介质，在通氮的条件下加入阳离子醚化剂进行季铵化取代反应。上述报道的两种制备方案，制备得到两性纤维素中季铵化的取代度较低，且在反应完毕后其尺寸未能达到纳米级别，在制备过程中需要通入氮气作为保护以及透析处理，反应较为繁琐且浪费水资源。而想通过改性处理后直接得到尺寸达到纳米级别的两性纳米纤维素以及具有高亲水性、高表面活性和携带阴离子、阳离子基团，相关的技术方案还未见报道。

综上，在制备两性纳米纤维素领域，仍然具有亟待解决的上述问题。

发明内容

基于此，为了解决现有技术中制备纤维素存在的取代度低、产率低以及不适合应用于有机废水中的问题，本发明提供了两性纳米纤维素的制备方法，具体技术方案如下：

一种两性纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：

将纤维素进行剪切打碎处理，干燥处理进行冷冻处理，备用；

将NaOH、尿素添加至水中，搅拌均匀后，得到第一反应溶剂体系，然后将所述第一反应溶剂体系放置于-18℃的温度条件下备用；

将冷冻处理的纤维素添加至所述第一反应溶剂体系中，搅拌至完全溶解，得到混合溶液；

往所述混合溶液中滴入阳离子醚化剂，搅拌反应完成后，过滤处理，得到季铵化纤维素；

将TEMPO、NaBr以及NaClO混合，得到第二反应溶剂体系，然后将所述季铵化纤维素添加至所述第二反应溶剂体系中，搅拌均匀，调节pH至9.8-10.2，反应6h-10h，继续调节pH至7，并使用去离子水反复清洗，经过抽滤处理，干燥处理后得到两性纳米纤维素。

优选地，所述纤维素为纸浆纤维素、棉纤维素中的一种或两种。

优选地，所述冷冻处理的温度为-20℃～-10℃。

优选地，所述第一反应溶剂体系中，NaOH、尿素以及水的质量比为7:12:81。

优选地，所述纤维素占所述第一反应溶剂体系的2wt％。

优选地，所述过滤处理中使用过200目筛的滤网。

优选地，所述第二反应溶剂体系中，所述TEMPO、NaBr以及NaClO的质量比为0.64:6:223～246。