[發明專利]磺酸功能化的纖維素吸附材料的制備方法及用途

有效

• 申請號: 201310604637.7
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103623783B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 許金生;張春華;陳滿生;李薇;匡云飛;易正戟
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所 43101
• 代理人: 劉勛階

一種磺酸功能化的纖維素吸附材料的制備方法，包括：將含氨基芳香磺酸與酸酐在惰性非質子溶劑中，在路易斯酸催化下，于90～120℃下發生氨基與酸酐的開環反應，使芳香磺酸的分子中連接有羧基；將上述產生的連接有羧基的芳香磺酸與含纖維素結構的材料，在惰性非質子溶劑中，加入質子酸催化劑，利用羧基與纖維素結構中的伯羥基發生酯化，在惰性帶水劑存在下，帶水劑與水共沸條，將酯化產生的水帶離反應體系，使酯化完全；通過蒸餾，將帶水劑、惰性非質子溶劑回收；將回收溶劑后的酯化產品，經堿中和、水洗、過濾、干燥，得到磺酸功能化的纖維素吸附材料。本發明具有生產技術簡單，原料來源廣泛，生產成本過低，可循環使用等特點。

技術領域

本發明涉及一種可再生循環使用的環保功能材料，特別是一種磺酸功能化的纖維素吸附材料的制備方法及用途。

背景技術

水體中重金屬會給環境和人體健康帶來嚴重危害，重金屬離子即使濃度低，由于在人體內不斷積累，也會對人的健康造成危害。當前，各種工業污水的排放，水體中重金屬的含量越來越高，嚴重影響人類及其它生物的健康與生存，如：砷能引起神經系統疾病和致癌作用。重金屬離子是環境水質的重要污染物，這些離子對環境構成巨大威脅，尤其是它們的不可生物降解性而使其在痕量存在的情況下也對人類產生極大的危害。因此，在工業生產中，對水體中重金屬離子的去除和回收一直被人類高度關注。

現有應用于去除重金屬離子的技術有:化學沉淀技術、吸附技術、膜技術、離子交換技術、濕法萃取技術等，其中吸附技術因其操作簡單、成本低而被廣泛應用。吸附劑的種類多種多樣，如:活性炭、粉煤灰、沸石類材料等多孔吸附材料。盡管其中有些吸附劑吸附量大，但是在許多情況下，對重金屬離子去除效率低，尤其是對低濃度的重金屬離子去除效率低，而且這些傳統多孔吸附劑不易再生。

具有孔結構又包含有對金屬離子起螯合作用的功能基的生物吸附劑、纖維素改性吸附劑等，可去除水體中的重金屬離子，生物吸附劑以海藻為例，其對重金屬離子有良好吸附作用是源于海藻細胞壁上的氨基、硫基、巰基、羧基、羰基、咪唑基、磷酸基、硫（磺）酸基、酚羥基、羥基和酰胺基是可能螯合金屬離子的功能基。國外早在1990年就利用微生物固定化技術，推出AlgaSORB^TM(C.vulgaris)、AMT-BIOLAIM^TM (Bacillus biomass)等應用于重金屬離子去除的生物吸附材料，且已商品化。但這種生物吸附材料生產技術復雜，成本過高。

將含纖維素結構的材料，如農業谷殼、玉米秸稈等材料，通過化學修飾使其具有對重金屬離子有良好螯合作用的氨基、巰基、羧基等功能基，之后作為吸附劑應用于廢水中去除重金屬離子。纖維素修飾方法有酯化法、輻射固化法、接枝聚合改性法等。同時，利用磺酸化離子交換樹脂對金屬離子的吸附、解吸的應用基礎，以含纖維素結構的材料進行磺酸功能化改性，可成為水體中重金屬離子去除的理想材料。

發明內容

本發明的目的之一是克服現有技術的不足，而提供一種磺酸功能化的纖維素吸附材料的制備方法，制備的吸附材料可用于水體中重金屬離子去除，并可經洗滌、酸化、過濾再生后循環利用，同時可富集所吸附的重金屬離子。

本發明的技術方案是：一種磺酸功能化的纖維素吸附材料的制備方法，包括如下步驟：

一、將含氨基芳香磺酸與酸酐在惰性非質子溶劑中，在路易斯酸催化下，于90～120℃下發生氨基與酸酐的開環反應，使芳香磺酸的分子中連接有羧基；

二、將上述產生的連接有羧基的芳香磺酸與含纖維素結構的材料，在惰性非質子溶劑中，加入質子酸催化劑，利用羧基與纖維素結構中的伯羥基發生酯化，在惰性帶水劑存在下，帶水劑與水共沸條，將酯化產生的水帶離反應體系，使酯化完全；

三、通過蒸餾，將帶水劑、惰性非質子溶劑回收；

四、將回收溶劑后的酯化產品，經堿中和、水洗、過濾、干燥，得到磺酸功能化的纖維素吸附材料。