[發明專利]一種具有重金屬離子吸附和油水分離功能的纖維素氣凝膠制備方法

在審

• 申請號: 202010591116.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111672434A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張潔;溫英英;張世鋒;蔡高堂;王寅;計勇
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院;北京林業大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J20/24;B01J20/28;B01D17/02;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發明提供了一種具有重金屬離子吸附和油水分離功能的纖維素氣凝膠制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將纖維素分散在水中，加入三羥甲基氨基甲烷，攪拌，使其形成懸浮液；(2)在所述懸浮液中加入單寧酸和腰果酚衍生硅氧烷混合溶液，在室溫條件下反應一段時間，得到混合物；(3)將所述混合物倒入模具中，冷凍干燥，得到具有重金屬離子吸附和油水分離雙重功能的纖維素基氣凝膠。該方法制得的具有重金屬離子吸附和油水分離功能的纖維素氣凝膠用于含重金屬離子或含油廢水處理。

技術領域

本發明涉及水環境治理領域，尤其涉及一種具有水體重金屬離子吸附及油水分離功能的吸附材料及其制備方法。

背景技術

近些年來，隨著經濟的不斷發展和工業化進程的加快，越來越多的水體受到了不同程度的污染。眾多污染物中，重金屬廢水和含油廢水作為水體兩大常見的污染源，對人類健康、水環境以及生態環境平衡造成了很大的危害。目前，水體重金屬離子和含油廢水處理方法主要包括：電化學法、生物法、吸附法、膜分離法、化學沉淀法等，其中，吸附法因具有高效、環保等優勢而引起國內外廣泛關注。

在吸附法中，氣凝膠材料具有低密度、高孔隙率、高比表面積等優勢，成為一種新型的吸附劑。目前，傳統氣凝膠吸附材料用于廢水處理領域存在許多問題：成本高、制備工藝復雜、耗能過大，選擇吸附能力差以及難以回收等問題。更重要的是，受污染水體成分一般較為復雜，大多數傳統的氣凝膠只能針對其中一種污染物進行去除，這極大的限制了它們在吸附污染物中的實際應用。因此，急需開發一種成本低、可再生，具有多重快速吸附效應的新型氣凝膠吸附材料。

纖維素作為一類天然高分子，逐漸引起研究者的廣泛關注。纖維素是一種纖維狀、多毛細管的立體規整性的高分子，具有多孔及比表面積大的特性，這有利于對重金屬離子的物理吸附。纖維素氣凝膠吸附材料主要是利用其表面的官能團對重金屬離子進行螯合吸附。然而，天然纖維素表面活性基團極少，且含有的大量雜質、表面膠質、色素等，導致其對金屬離子的吸附能力很弱。除此之外，纖維素固有的強親水性導致氣凝膠在與水溶液接觸時易發生坍塌而破壞其三維結構，從而限制了其在油水分離中的應用。因此，為提高纖維素氣凝膠的多功能吸附效應，需對纖維素表面進行功能化改性處理。

發明內容

針對背景技術中提出的問題，本發明提供一種具有重金屬離子吸附和油水分離功能的纖維素氣凝膠制備方法。

本發明提供的一種具有重金屬離子吸附和油水分離功能的纖維素氣凝膠制備方法，包括以下步驟：

(1)將纖維素分散在水中，加入三羥甲基氨基甲烷攪拌，使纖維素分散均勻形成懸浮液；

(2)在所述懸浮液中加入單寧酸和腰果酚衍生硅氧烷混合溶液，在10～40℃條件下反應一段時間，得到混合物；

(3)將所述混合物倒入模具中，冷凍干燥，得到具有重金屬離子吸附和油水分離雙重功能的纖維素基氣凝膠。

優選的，所述纖維素的直徑為5-20nm，長度為2-7μm。

優選的，所述單寧酸和腰果酚衍生硅氧烷混合溶液由腰果酚衍生硅氧烷與無水乙醇充分接觸后加入單寧酸制得。

優選的，所述步驟(2)的反應時間為6小時。

優選的，所述三羥甲基氨基甲烷、纖維素的用量比例為1:1000。

優選的，所述與單寧酸、腰果酚衍生硅氧烷與纖維素用量分別比例為1:4000和1:400。

本發明的方法首先將纖維素進行分散，制成懸浮液，使其能夠充分與改性劑接觸，然后利用單寧酸和疏水硅氧烷表面涂覆層，通過水解共沉積作用涂覆在纖維素表面。其中，疏水硅氧烷中大量的烷基長鏈賦予纖維素疏水性，這有效防止了纖維素與水溶液接觸時發生結構坍塌，從而增強其油水分離能力。單寧酸表面大量的酚羥基被證明能夠與重金屬離子發生螯合作用，從而提高了纖維素氣凝膠對重金屬離子吸附性能。