[發明專利]一種兩性纖維素材料及其應用

有效

• 申請號: 201310483432.8
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103497278A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 陳宇岳;熊佳慶;林紅;蘇公磊
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08F251/02
• 分類號: C08F251/02;C08F220/58;C08B15/06;B01J20/24;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;夏恒霞

技術領域

本發明涉及一種兩性纖維素材料及其應用，具體涉及兩性的季銨-磺酸化纖維素及其應用，屬于功能材料領域。

背景技術

纖維素是一種纖維狀多毛細管的立體規整性天然高分子，具有多孔和大比表面積的特性，且分子內含眾多親水性羥基，對有機小分子及重金屬離子具有一定的吸附能力，這為其通過改性制備性能良好的吸附材料提供了有利前提。但天然纖維素直接用作吸附劑時，其吸附容量有限且選擇性低，這是因為其結構上存在大量的羥基，致使其分子鏈內、分子鏈間形成氫鍵，這種氫鍵廣泛覆蓋的結構減少了其活性位點、進而影響反應活性。為了提高纖維素的吸附性能，對其改性成為必然。作為一種天然高分子化合物，纖維素分子式為(C₆H₁₀O₅)n，是由D-葡萄糖以β-1,?4糖苷鍵組成的多糖大分子，分子中每一個葡萄糖單元都有三個活潑羥基：C2、C3上的仲醇羥基和C6位的伯醇羥基，因此，纖維素可以進行一系列涉及羥基的反應，包括氧化、酯化、醚化、交聯和接枝共聚等反應，從而形成各種纖維素衍生物。?

兩性纖維素即通過氧化、酯化、醚化、交聯和接枝共聚中的一種或多種反應對纖維素進行改性，而得到的同時具備陽離子基團和陰離子基團的改性纖維素。兩性纖維素作為吸附材料使用時有其獨特優勢，因為各類污水成分往往都極其復雜，通常會含有不同電性的污染物，當吸附劑中同時含有陽離子基團和陰離子基團時，可同時實現對污水中帶負電荷和帶正電荷污染物的有效吸附，其應用范圍大大拓展。這是其它單一電性的離子型吸附劑遠不能及的效果。崔志敏等以甘蔗渣為原料，與甲基丙烯酸和3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨反應，制得了同時含有羧基和季銨基的兩性纖維素，改性后的吸附劑對陽離子翠蘭染料和酸性黃染料的吸附能力比活性炭提高了19.7%和33.2%，對Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Cr₂O₇^2-的交換吸附附能力平均比活性炭提高了7.4倍。

兩性纖維素吸附劑中的陽離子基團通常包括氨基、季銨基或吡啶基等，可以吸附帶負電荷的陰離子或化合物；而常被引入的陰離子基團則通常為羧基、磺酸基、磷酸基中的一種，可以吸附帶正電荷的陽離子或化合物。因為改性相對容易的原因，其中較多見的陽離子、陰離子基團分別為氨基和羧基，事實上其吸附能力均不及相應的季銨基和磺酸基。CAT?(3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨)?是一種液體活性陽離子醚化劑，廣泛應用于造紙工業、日用化學工業、石油工業和水處理工業等領域。AMPS?(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)是極具發展潛力的陰離子有機中間體，具有多種優異性能，廣泛用于紡織、水處理、石油開采、塑料、造紙和涂料等領域。目前全球約1/3的AMPS單體用于水處理工業，AMPS的均聚物或與丙烯酰胺、丙烯酸等單體的共聚物，可用于污水處理、空氣凈化等領域。國外大量使用表明，以AMPS作為污水處理劑，其用量少且效果明顯優于現有聚丙烯酰胺類水處理劑。目前國內一些大中城市污水處理已經開始使用AMPS，且消耗量呈逐年增長趨勢。3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在污水處理方面都有各自優勢，若能有一種載體可將二者結合起來，開發一種兩性材料，將其用于吸附或功能性載體，前景廣闊。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，開發一種兩性纖維素，同時含有陽離子型季銨鹽基團和陰離子型磺酸基團，宏觀結構蓬松，微觀結構多孔，分別對帶負電荷的陰離子、陰離子化合物和帶正電荷的陽離子、陽離子化合物具有良好的吸附能力，能夠應用于重金屬離子廢水、有機物廢水處理或作為其它材料的功能性載體使用。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種兩性纖維素材料，通過對纖維素進行堿預處理得到堿性纖維素，實現羥基活化，然后以3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨作醚化劑對堿性纖維素進行季銨化改性得到季銨化纖維素，再用硝酸鈰銨作引發劑，采用單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸對季銨化纖維素進行磺酸化處理，得到兩性的季銨－磺酸化纖維素。

前述的一種兩性纖維素材料，其結構式為??????????????????????????????????????????????????

其中：Ｒ＝CONHC(CH₃)₂CH₂SO₃H

??????　1和2均表示纖維素分子鏈