[發明專利]一種納米木質纖維素/蒙脫土復合材料及其制備與應用

有效

• 申請號: 201711178542.8
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107987290B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 張曉濤;安宇宏;李麗麗;王喜明;王哲;王麗
• 申請（專利權）人: 內蒙古農業大學
• 主分類號: C08J3/28
• 分類號: C08J3/28;C08L1/02;C08K3/34;B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 閆加賀;姚亮

本發明提供了一種納米木質纖維素/蒙脫土復合材料及其制備與應用，所述復合材料為插層?剝離型納米復合材料，該復合材料是由納米木質纖維素與蒙脫土復合而成的，且所述納米木質纖維素插層進入蒙脫土的片層之間；所述納米木質纖維素與蒙脫土的質量比為1:1?10。本申請所提供的納米木質纖維素/蒙脫土復合吸附材料作為一種低成本、生物相容性好、高效的新型重金屬離子廢水吸附劑，其具有制備方法簡單，良好的可再生性，環境友好等多種優點，并且對廢水中的重金屬離子有顯著的親和力和吸附選擇性。

技術領域

本發明涉及一種納米木質纖維素/蒙脫土復合材料及其制備與應用，屬于復合材料技術領域。

背景技術

水體是人類賴以生存的重要自然資源之一，又是人類生態環境的重要組成部分。由于人類工業活動的影響，進入水體環境中的污染物越來越多，這些污染物給環境和人體健康造成了許多問題。重金屬污染是當前危害最大的水污染問題之一。重金屬通過礦山開采、金屬冶煉、金屬加工、化工生產廢水、生活垃圾、施用農藥化肥，以及地質侵蝕風化等多種形式進入水體，加之重金屬離子毒性大，不易被代謝、易被生物富集等特點，不但污染水環境，也嚴重威脅包括人類在內的各種生命體的健康與生存。因此，水體的重金屬污染問題不容忽視。

除去重金屬離子的方法有很多，常見的有氧化還原法、電解法、離子交換法、化學沉淀法和生物法，但這些方法存在投資大、運行成本高、操作管理復雜并且易產生二次污染等缺點。目前在實際運用中較多的是采用吸附法，吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而一直受到人們的青睞。近年來科研學者們在這方面的研究主要集中在尋求更為合適的新型廉價高效吸附材料。

聚合物-無機黏土納米復合材料是以聚合物為有機相與無機黏土進行復合組裝而得到的體系。由于無機黏土納米級片層結構具有表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等，以及聚合物具備密度小、強度高、耐腐蝕、易加工等諸多優點，因此，聚合物-無機黏土納米復合材料不僅有普通復合材料共同的特點，又可綜合發揮各種組分的協同效能，這是其中任何單一材料都不具備的優異性能，它是復合材料的協同效應所賦予的，因而，聚合物-無機黏土納米復合材料常呈現出很多不同于常規聚合物復合材料的優良特性。

高效開發利用可再生、可循環的生物質資源，是解決當前工業化可持續發展瓶頸的有效途徑。開發研制低成本、無毒、高效實用的新型吸附劑，對人類生態環境和充分利用現有天然資源意義深遠。木質纖維素，是木質材料經過化學處理得到的有機聚合物，具有來源豐富和成本低廉等優點。在化學處理過程中，木質素和大部分半纖維素被分解，保留下了惰性較大的纖維素，形成了以纖維素為骨架，半纖維素和木質素作為填充或粘結物的有機高分子聚合物，其具備有空間三維網絡多孔結構，比表面積高達1.1m²/g，吸附性能很好。納米木質纖維素，是一種直徑為1-100nm，長度為幾十到幾百納米的剛性棒狀結構，可在水中分散形成穩定懸浮液的木質纖維素晶體。與普通木質纖維素相比，具有高純度、高結晶度、高楊氏模量、高強度、高聚合度、超精細結構及納米顆粒等特性，且其分子表面含有大量親水性羥基基團，易于化學改性從而具備不同的表面化學性質，通過表面改性能夠提高其在疏水性基質材料中的分散性，為重金屬離子的擴散提供便利通道，因而擴大了納米木質纖維素的應用范圍。蒙脫土，是一種膨脹性2:1的層狀硅酸鹽黏土礦物，其基本結構單元是一層硅氧八面體夾在兩片硅氧四面體之間，依靠共用氧原子而形成的納米級片層結構，其片層間距約1-2nm左右，具有一定的層間陽離子交換能力、納米尺寸效應、表面效應以及納米粒子與基體界面間強的相互作用，表現出良好的吸附性能。