[發明專利]一種纖維素基吸附劑的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201510415727.0
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN104984742B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 孫昌;許長海;黃志勇;杜金梅
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/58;C02F1/62
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙)11419
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種纖維素基吸附劑的制備方法及其應用，屬于輕型化工領域。

背景技術

重金屬離子是當今工業廢水產生污染的重要因素，當今工業飛速發展，重金屬離子污染問題日益凸顯，實現重金屬離子的移除和回收成為當今一個重要的研究課題。傳統的重金屬離子移除方法如：化學沉淀法、活性炭吸附、溶劑萃取法和離子吸附與交換法。化學沉淀法主要通過氫氧化物沉淀的形式分離出來，要將重金屬離子濃度降低到一定程度所需步驟復雜，因此不夠經濟和有效；活性炭從廢水中移除重金屬的效率很高，但是由于其成本較高，應用也受到限制；溶劑萃取法則由于其的應用范圍有限(對于低濃度和體積較大的水溶液中的重金屬離子，萃取過程很不經濟)，使得該法無法得到推廣使用。

同時在工業實際生產過程中，織物染色時染料的上染率只有50％-98％，從而導致印染廢水中含有大量的染料。這一方面增加了污水處理的難度，對環境產生了較大的污染；另一方面也增加了工業生產的成本，造成了不必要的浪費。實現染整廢液中染料殘液的吸附分離和回收成為當今一個重要的發展課題。現有印染殘液脫色的方法，包括吸附法，絮凝法，氧化法，電解法，生化法等等，效果各不相同。這些方法在應用過程中，因此在使用過程這些方法使用具有局限性。

吸附法與現有其他處理方法相比，具有吸附量高，被吸附的重金屬離子和染料可再次利用以及處理后水質好無二次污染等優點，因此吸附法成為當前工業廢水中金屬離子去除和染料殘液吸附脫色的主要方法。當前吸附劑的種類豐富，脫色效果各不相同，研究具有低成本、高吸附量并且應用范圍廣泛的吸附劑成為當前研究的熱點。纖維素作為世界上最豐富的天然可再生的多糖物質，具有可再生，價格便宜，密度低，具有好的加工靈活性，更重要的是其親水性和廣泛的化學修飾能力，呈纖維狀多毛細管的立體規整性的優點，且具有多孔和比表面積大的特性，具有一定的吸附性的特點，使得纖維素成為吸附劑不可或缺的原料。但天然纖維的吸附能力并不強，且吸附穩定性差，必須通過化學改性使其具有更多或更強的吸附基團，才能成為性能良好的吸附材料。

本發明利用吡啶酮衍生物上的羰基和酯羰基氧原子具有很強的電負性，容易與帶正電的染料分子和重金屬離子進行螯合，從而實現對工業廢水中的金屬離子的去除和染料殘液的吸附脫色。

發明內容

本發明提供了一種對工業廢水中的金屬離子具有去除和印染殘液具有吸附脫色性能的功能化纖維素基染料吸附劑的制備方法及應用，并且吸附的金屬離子和染料可以二次回收利用，從而提高染料的利用率，節約成本，并達到環境友好的目的。

本發明提供了一種功能化纖維素基吸附劑的制備方法，所述方法是將纖維素先進行預處理，然后與琥珀酸酐發生醇解反應引入羧基，再將醇解后(即琥珀酸酐改性后)的改性纖維素與吡啶酮衍生物發生反應，使醇解后的改性中間纖體維素上的羧基與吡啶酮衍生物的中的仲胺連接，即得纖維素基吸附劑。

所述吡啶酮衍生物，在本發明的一種實施方式中，為吡啶酮雙酯或吡啶酮雙酸。

所述吡啶酮衍生物，在本發明的一種實施方式中，化學式為

所述預處理，在本發明的一種實施方式中，是將纖維素進行溶脹處理。

所述方法，在本發明的一種實施方式中，包括：(1)預處理：將纖維素進行溶脹處理；(2)琥珀酸酐改性：將預處理的纖維素與琥珀酸酐按質量比1:3-1:10在溶劑中發生醇解反應，反應溫度為溶劑的回流溫度，反應時間為5-40h；(3)酰胺化：將上一步得到的琥珀酸酐改性后的改性纖維素與偶聯試劑按照摩爾比1:1.1-1:4，在15-40℃，反應1-9h；然后與吡啶酮衍生物在15-40℃反應1-10h，其中琥珀酸酐改性后的改性纖維素與吡啶酮衍生物的摩爾比為1:1-1:10；經過濾、洗滌、干燥處理，即得纖維素基吸附劑。

所述步驟(1)的預處理，在本發明的一種實施方式中，是將纖維素在質量分數為15-45％的NaOH溶液中攪拌條件下進行溶脹處理，反應時間為10-30h；反應溫度為15-28℃。可以是20％的NaOH溶液中，在25℃反應16h。

所述步驟(2)，在本發明的一種實施方式中，預處理纖維素與琥珀酸酐的質量比為1：3，反應時間為24h。

所述步驟(2)，在本發明的一種實施方式中，酰化反應后用洗滌劑進行洗滌，然后再進行胺化反應。

所述洗滌劑，在本發明的一種實施方式中，是二氯甲烷醋酸溶液、乙醇、蒸餾水、HCl溶液、丙酮中的一種或者幾種。

所述洗滌劑，在本發明的一種實施方式中，是1mol/L的二氯甲烷醋酸溶液或0.01mol/L的HCl溶液。