[發明專利]纖維素接枝丙烯酸共聚物的制備及作為吸附劑的應用

有效

• 申請號: 201310129912.4
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103159896A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 何玉鳳;王華;王榮民;黃一君;王瑩
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: C08F251/02
• 分類號: C08F251/02;C08F220/06;C08F226/10;B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F103/30;C02F101/38
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明屬于高分子技術領域，涉及一種纖維素接枝丙烯酸共聚物的制備；本發明同時還涉及該纖維素接枝丙烯酸共聚物作為吸附劑在脫除廢水中重金屬離子和有機陽離子染料的應用。

背景技術

纖維素是地球上最古老、最豐富的天然高分子，是取之不盡用之不竭的人類最寶貴的天然可再生資源。纖維素是由D-吡喃葡萄糖環經β-1,4糖苷鍵組成的直鏈多糖，簡單分子式為(C₆H₁₀O₅)_n。由于纖維素是一種纖維狀多毛細管的立體規整性高分子聚合物，具有多孔和比表面積大的特性，且分子內含有許多親水性的羥基，因此具有一定的吸附性能。但直接利用天然纖維素作為吸附劑，吸附容量小、選擇性低，這是由于纖維素是β-1,4-糖苷鍵組成的直鏈多糖，這種高分子結構上有大量的羥基存在，使其在分子鏈間和分子鏈內部廣泛形成了氫鍵，這種羥基覆蓋的結構影響了其反應活性。為了使纖維素達到人們所預期的吸附功能，需對纖維素結構進行改性。

纖維素改性分為物理改性和化學改性，主要以化學改性為主。纖維素的化學改性依靠與纖維素羥基有關的反應來完成。由于纖維素鏈的每個葡萄糖單元中都有3個極性羥基，因此纖維素可以進行一系列涉及羥基的反應，主要包括氧化反應、醚化反應、酯化反應、接枝共聚反應等。通過對分子中羥基的改性反應可以在其分子中引入具有特定吸附性能的官能團，使其具有更多高吸附性基團，從而提高其對金屬離子及有機小分子化合物的吸附能力。

昝麗娜（西安科技大學學報，2011，?31（2）：210）用羧甲基纖維素和丙烯酰胺接枝共聚制得吸水樹脂；?Unnithan（Ind.?Eng.?Chem.?Res.?2004，43（9）：2247）以丙烯酰胺接枝椰殼纖維得到的吸附劑用來去除廢水中的鉻（VI）離子，但一定劑量的丙稀酰胺單體可引起人體神經系統毒性及細胞染色體畸變，對人體健康危害很大。

CN101985479A提供了一種小麥秸稈羧甲基纖維素，是將小麥秸稈粉碎后用稀堿預處理，漂白、堿化后與氯乙酸反應，然后醚化得到小麥秸稈羧甲基纖維素；再使小麥秸稈羧甲基纖維素與丙烯酸接枝共聚，得到羧甲基纖維素基高分子吸附劑。該吸附劑應用于重金屬離子的廢水處理中，吸附能力強、吸附容量大，對鉛離子或鎘離子具有良好的去除效果。但這些吸附劑不能用于含亞甲基藍及重金屬離子銅（II）的廢水的處理，或者對廢水中亞甲基藍及重金屬離子鉛（II）的去除率不高。

植物秸稈是豐富的可再生資源，它含有可觀的纖維素成分，其中的木質素、半纖維素等成分在培肥土壤、改善土壤微量元素等方面有積極作用。目前，相當一部分植物秸稈被焚燒，造成資源浪費和環境污染。因此，探索有效的天然植物秸稈的工業化利用途徑有著十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的針對現有技術中存在的一些問題，提供一種纖維素接枝丙烯酸共聚物的制備方法。

本發明的另一目的是提供該纖維素接枝丙烯酸共聚物作為吸附劑在脫除廢水中重金屬離子和有機陽離子染料的應用。

（一）纖維素接枝丙烯酸共聚物的制備

本發明纖維素接枝丙烯酸共聚物吸附劑的制備，是以水為溶劑，以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，以偶氮二異丁腈為引發劑，以纖維素為基體，丙烯酸鈉及N-乙烯基吡咯烷酮為共聚單體，于50~85℃恒溫反應2~6?h；反應結束后，冷卻至室溫，將聚合產物用無水乙醇浸泡沉降10~100min，過濾，再用蒸餾水洗滌，抽濾，真空干燥，研磨成粉末，得到纖維素接枝丙烯酸共聚物。

所述基體纖維素為小麥秸稈纖維素。

所述共聚單體丙烯酸鈉與N-乙烯基吡咯烷酮的質量比為1:1~2:1；所述基體纖維素的質量為共聚單體丙烯酸鈉與N-乙烯基吡咯烷酮總質量的0.5~5倍。

所述交聯劑的用量為單體總質量的0.05%~1%。

所述引發劑的用量為單體總質量的0.1%~3%。

所述丙烯酸鈉的中和度為20?~50%。

（二）纖維素接枝丙烯酸共聚物吸附劑的結構、形貌表征

下面以小麥秸稈纖維素為例，并通過FT-IR、SEM及TG分析等表征手段，對本發明制備的纖維素接枝丙烯酸共聚物的結構形貌進行分析研究。

1、電鏡掃描分析（SEM）