[发明专利]一种高效脱除离子液体水溶液中Fe3+

说明书

本发明属于离子液体循环再生领域，尤其涉及一种高效脱除离子液体水溶液中Fe³⁺的改性木材基吸附剂及其制备方法和应用。所述改性木材基吸附剂上的羟基通过与草酸、柠檬酸或酒石酸发生酯化反应，使其表面与微通道中成功接枝Fe³⁺的吸附位点——羧基，从而利用羧基与Fe³⁺的络合作用达到选择性脱除离子液体水溶液中Fe³⁺的目的，对离子液体水溶液中Fe³⁺的吸附率最高可达95.1%，对离子液体的吸附率不超过4%。本发明成功实现离子液体与Fe³⁺的有效分离，达到离子液体循环再生的目的，大大提高了纺丝领域的经济效益，为高效选择性脱除离子液体水溶液中Fe³⁺提供了一种可行的方法，具有应用和推广价值。

技术领域

本发明属于离子液体循环再生领域，尤其涉及一种高效脱除离子液体水溶液中Fe³⁺的改性木材基吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

纤维素作为自然界中存在最广泛的天然高分子聚合物，在造纸、化妆品、纺丝等领域中得到广泛利用。在纺丝领域中，天然纤维素首先被溶剂溶解形成纺丝液，再经过喷丝成型制备成再生纤维素纤维。再生纤维素纤维主要包括粘胶纤维、醋酸纤维和铜氨纤维等传统再生纤维素纤维，以及离子液体为代表的新型溶剂法再生纤维素纤维。世界上三分之二的再生纤维素纤维都是粘胶纤维。传统的粘胶工艺流程长而复杂、能耗高、耗水量大，严重污染环境，废气和污水的治理难度高、费用极大，北美、东欧、日本等国家早已彻底淘汰粘胶工艺，我国13家粘胶纤维企业仅存4家，致使其世界年产量在20年下降了约41 %。因此，充分利用天然纤维素原料，选择合适的新型纤维素溶剂，发挥再生纤维素纤维源于自然归于自然的绿色属性，实现再生纤维素纤维的绿色清洁化生产迫在眉睫。

离子液体是近年来新兴的绿色溶剂，因其蒸气压低、稳定性好、阴阳离子可功能化设计及回收循环性好等优点，被广泛用于溶解纤维素纺丝制备再生纤维素纤维。中国科学院过程工程研究所和郑州中科新兴产业技术研究院的离子液体团队较早开展了离子液体溶解纤维素纺丝制备再生纤维素纤维的研究，开发了纤维素纤维再生利用新技术，与河南省新乡化纤股份有限公司合作建立了百吨级示范装置。但在运行过程中发现，利用离子液体溶解桨粕形成纺丝液时，桨粕中自带的杂质如Fe³⁺等在离子液体纺丝液体系中积累，会显著影响再生纤维素纤维力学性能和颜色。因此，脱除离子液体体系中的金属杂质Fe³⁺至关重要。

目前脱除金属杂质的方法有很多，包括膜过滤、吸附、离子交换、化学沉淀等方法。其中，吸附法因其操作简单、破坏性小、适应性强等优势脱颖而出。如公开号为CN114671485A的专利公开了一种采用特定的功能性分子修饰细菌纤维素吸附脱除水体中Fe³⁺的方法，可以将10 mg/L的Fe³⁺水溶液（5 mL）吸附至0.1 mg/L；公开号为CN112777673A的专利公开了一种利用海藻酸钠/单宁酸@米糠半纤维素微球吸附水体中Fe³⁺的方法，发现在一定的温度和pH值条件下，微球吸附剂对Fe³⁺最大吸附率为76.6 %；公开号为CN106008837A的专利公开了一种采用羧甲基马铃薯淀粉与丙烯酰胺为原料合成树脂以吸附Fe³⁺的方法，此发明制备的最佳产品在1000 mL的Fe³⁺溶液中（10 mg/L）的吸附率为88.1%。经上，这些实例都很好的证明了吸附法对于金属杂质Fe³⁺的脱除具备良好的潜力。但这些实例都是基于水体系中Fe³⁺的脱除，而对于离子液体体系中Fe³⁺的脱除研究还罕见报道。