[發明專利]一種用于微量鹵氧離子吸附的纖維素基氣凝膠的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810280198.1
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108404884B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 劉明華;張玉清;劉以凡;楊桂芳;呂源財;林春香
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;C08F251/02;C08F220/34;C08F222/38;C02F101/12
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林文弘

本發明涉及一種用于微量鹵氧離子吸附的纖維素基氣凝膠的制備方法和應用，以廢紙為原料，將其預處理后通過溶膠?凝膠法、微波法、接枝共聚法以及超聲法制備含有叔胺基的高強度磁性纖維素基氣凝膠。本發明方法所制得的氣凝膠比表面積大、孔隙率高、機械強度大，其對水中的微量的鹵氧離子具有優良的去除率，采用成本低廉的廢紙為原料，不僅能夠降低水處理的成本，還能夠促進資源的循環利用，實現環境保護，推動可持續發展。

技術領域

本發明涉及水處理吸附劑領域，尤其是一種用于微量鹵氧離子吸附的纖維素基氣凝膠及其制備和應用。

背景技術

飲用水的消毒是供水系統中一個至關重要的過程。然而，飲用水消毒殺菌的同時，伴隨著消毒劑與源水中含有的一些天然有機物和環境有機污染物以及溴或碘化物的化學反應，從而產生多種消毒副產物（DBPs），如溴酸根離子、氯酸根離子以及亞氯酸根離子。其中，溴酸鹽是臭氧的消毒副產物，亞氯酸鹽是二氧化氯消毒的副產物，氯酸鹽為二氧化氯原料帶入、非副產物，這些化合物可對人體產生一定的危害。亞氯酸鹽可導致高鐵血紅蛋白和溶血性貧血，并具有較強的致突變性，國際癌癥研究中心（IARC）已將亞氯酸鹽列為致癌物，氯酸鹽為中等毒性化合物，溴酸鹽為2B級的潛在致癌物。《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006）中規定，溴酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽的限量分別為0.01、0.7和0.7mg/L。

目前針對引用水消毒副產物的去除技術主要包括吸附法、離子交換法、膜過濾、生物降解法、還原法等。其中，吸附法的應用較為廣泛，其去除速率較快，易于操作，條件簡單且不會產生二次污染物。基于此，結合三種離子具有的氧化性特點，吸附-還原法是一種將此類鹵氧離子無害化并加以去除的可行之策。

另外，作為第三代新型氣凝膠，纖維素基氣凝膠因其比表面積大、吸附容量大、綠色、可再生等優點成為吸附劑領域的研究熱點，因此，以纖維素基氣凝膠作為吸附劑載體，并對其進行系列的功能化、還原化改性開發，可制得去除微量鹵氧離子的高效吸附劑，具有十分重要的理論和實際意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于微量鹵氧離子吸附的纖維素基氣凝膠的制備方法，并將所得綠色高效的纖維素基氣凝膠吸附劑用于微量鹵氧離子的去除，實現在低濃度的污染物條件下，達到優異的去除效果，解決飲用水消毒副產物的危害問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：以廢紙為原料，將其預處理后通過溶膠-凝膠法、微波法、接枝共聚法以及超聲法等可制得含有叔胺基的高強度磁性纖維素基氣凝膠，其對水中的微量的鹵氧離子具有優良的去除效果。

進一步，其包括以下步驟：

（1）將廢紙除雜、粉碎后過200目篩，將粉末置于1500 mL濃度為0.1 mol/L的稀硫酸溶液浸潤，使用攪拌器在1000 r/min的條件下攪拌30 min，浸泡24 h后過濾，用蒸餾水將其洗至中性，于60℃下烘至恒重；再將烘干后的原料置于質量百分比濃度為0.1%的NaOH溶液中浸泡24 h，然后用清水洗滌至中性，得到較純的廢紙纖維素，將其放入烘箱中使其保持絕對干燥狀態備用；

（2）將聚乙二醇、溶劑、擴鏈劑以及二月桂酸二丁基錫混合，在100~200 W條件下微波反應5~10 min反應完成待用；

（3）取廢紙纖維素與離子液體混合，置于60~90℃水浴條件下200 r/min攪拌1~2h，加入步驟（2）中的產物，繼續攪拌40~60 min，將體系溫度降至40~50℃，通入氮氣10 min，加入引發劑反應10 min，接著依次加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺以及二甲基亞砜，反應3~4 h后停止攪拌，靜置30 min；

（4）使用膠頭滴管吸取步驟（3）中所得產品，并將其滴入蒸餾水中進行再生，待再生完全后，用蒸餾水對其進行洗滌，直至洗出液用AgNO₃檢測無沉淀為止，收集球形水凝膠待用；