[發(fā)明專利]一種用于吸附重金屬的改性纖維素衍生物吸附材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710544896.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107224965B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章莉娟;陳全;溫李陽(yáng);鄭杰偉;楊琛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/24
• 分類號(hào): B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C08F251/02;C08F220/06;C08F220/60;C02F101/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 楊燕瑞

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源再利用技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種用于吸附重金屬的改性纖維素衍生物吸附材料及其制備方法與在重金屬吸附領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明用于吸附重金屬的改性纖維素衍生物吸附材料，其特征在于具有如下式(一)所示結(jié)構(gòu)：本發(fā)明還提供一種制備方法，利用三乙烯四胺的氨基與N?羥甲基丙烯酰胺的羥基反應(yīng)，引入仲氨基和酰胺基；再與二硫化碳反應(yīng)引入羰基硫；與纖維素、丙烯酸通過(guò)溶液聚合的方式，得到最終的纖維素改性衍生物。本發(fā)明吸附材料兼顧了吸附過(guò)程中的物理吸附、化學(xué)吸附和靜電吸附，吸附率容量和去除率高，且對(duì)重金屬的吸附具有廣泛適用性，其對(duì)重金屬鎘吸附容量可達(dá)400mg/g，是一種性能優(yōu)良的重金屬吸附劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源再利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于吸附重金屬的改性纖維素衍生物吸附材料及其制備方法與在重金屬吸附領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用農(nóng)藥、化肥及污水灌溉、電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及電子廠區(qū)的重金屬污染和電子廢品的丟棄等，致使許多有害的化學(xué)物質(zhì)和重金屬進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)。其中重金屬是持久性的污染物，其在環(huán)境系統(tǒng)中難以降解，并且會(huì)在魚(yú)類及農(nóng)作物組織內(nèi)積累富集，通過(guò)食物鏈的作用，對(duì)人類產(chǎn)生危害。

目前，在重金屬污染處理方面，主要采用吸附劑將離子態(tài)的重金屬吸附固定。但是吸附劑種類繁多，吸附效果各異，穩(wěn)定、高效、環(huán)保和成本低廉的吸附劑有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究。纖維素來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，又是可再生資源，現(xiàn)大部分被浪費(fèi)或低值利用，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且還污染了生態(tài)環(huán)境。將纖維素或其衍生物用作重金屬鎘的吸附劑，不僅充分利用了資源，還可以降低重金屬污染修復(fù)成本。

纖維素是由β-D-吡喃式葡萄糖通過(guò)1-4苷鍵連接形成的線性高聚合物，基本結(jié)構(gòu)單元D-吡喃式葡萄糖基(即失水葡萄糖)，其分子式為(C₆H₁₀O₅)_n。纖維素大分子中葡萄糖基通過(guò)β-苷鍵聯(lián)接，每個(gè)基環(huán)上均具有三個(gè)醇羥基，豐富的羥基基團(tuán)使其在分子鏈間和分子內(nèi)部形成大量氫鍵結(jié)構(gòu)，加之天然纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和較高結(jié)晶度的特點(diǎn)，極大的影響了這些羥基的反應(yīng)活性，致使其吸附能力較弱。但是，這些羥基也為纖維素的改性提供了多種選擇，可以發(fā)生氧化、醚化和接枝共聚等化學(xué)反應(yīng)，接枝胺基、羧基等重金屬吸附官能團(tuán)，提高纖維素衍生物的重金屬吸附能力。

Gurgel[Bioresource Technology,2008,99(8):3077-3083.]等對(duì)纖維素進(jìn)行了羧基功能化改性，研究了羧基含量和絲光化對(duì)重金屬鎘、銅和鉛吸附性能的影響，結(jié)果顯示羧基含量的增加有利于重金屬的吸附。Hokkanen S.[Cellulose,2014,21(3):1471-1487.]等使用氨丙基三乙氧基硅烷對(duì)纖維素進(jìn)行了表面修飾，使材料表面含有氨基，結(jié)果顯示改性后纖維素吸附劑對(duì)重金屬鎳、銅和鎘吸附性能有了較大提升。專利CN104437410A公布了一種偕胺肟-羥胺肟改性的纖維素材料及制備方法，其對(duì)銅、鐵、亞甲基藍(lán)和剛果紅的吸附容量，分別約為100、150、200和400mg/g。專利CN103554510A公布了一種端氨基改性纖維素及其制備方法，并將其用于重金屬汞、銅、鉛、鎘的吸附，材料對(duì)各種重金屬的吸附率均為90％以上。

從現(xiàn)有研究來(lái)看，在纖維素表面同時(shí)修飾多種活性吸附官能團(tuán)的研究少有報(bào)道，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備高效、具有普適性以及多種吸附化學(xué)官能團(tuán)修飾的纖維素改性材料仍有待進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種吸附容量大、生產(chǎn)成本低、吸附效果好、脫附容易的用于吸附重金屬的改性纖維素衍生物吸附材料。本發(fā)明材料為同時(shí)含有仲氨基、羧基、酰胺基和羰基硫等活性官能團(tuán)的改性纖維素衍生物。

本發(fā)明另一目的在于提供一種上述改性纖維素衍生物吸附材料的制備方法。