[發明專利]雙功能改性玉米秸稈纖維素吸附劑、控制合成方法及應用

有效

• 申請號: 202110340018.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113019335B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王榕;劉藝;梁舒懷;樊紅英;李文婷;吳雨萌
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所 11344
• 代理人: 陳琳

本發明涉及農業廢棄物的資源化利用與環境保護技術領域，具體公開了一種伯/仲氨基與含硫基團的雙功能改性玉米秸稈纖維素吸附劑、控制合成方法及應用。本發明的關鍵是在已有氨基改性的玉米秸稈纖維素上進一步通過有效的控制合成手段，僅在纖維素表面的伯氨基上引入適量的CS₂形成二硫代氨基甲酸鹽(DTC)結構，從而保證改性后的玉米秸稈纖維素既含對Pb²⁺具有強力螯合作用的含硫基團，又含足量的伯/仲氨基用于Cu²⁺捕集吸附，實現對廢水中混合鉛、銅離子的高效去除，適當操作條件下混合Cu²⁺和Pb²⁺的去除率快速可達99.6%以上且可再生重復利用。本發明具有原料廉價易得、可降解、低毒、綠色環保等特點，拓寬了玉米秸稈的應用領域，有助于實現農業廢棄物的資源化高效利用。

技術領域

本發明屬于農業廢棄物的資源化利用與環境保護技術領域，具體涉及一種雙功能改性玉米秸稈纖維素吸附劑、控制合成方法及應用。

背景技術

近幾十年重金屬離子廢水造成的污染日益嚴峻，極大地威脅著生態安全和人體健康。為滿足日趨嚴格的環境保護要求，實現可持續發展，如何綠色、經濟、高效地處理重金屬離子廢水成為水處理領域重要的研究內容。當前重金屬離子廢水的處理方法眾多，吸附法因操作簡便、成本低廉、不易造成二次污染等特點，尤其適用于處理多種重金屬離子共存的大規模工業廢水。縱觀已有的吸附材料合成方法，多利用重金屬離子與功能基團形成穩定配位化合物的特點，將各種功能基團通過化學改性等手段固定在本身吸附能力較弱的基體材料上，以開發兼具優異捕集性能、良好力學性質和化學穩定性的重金屬離子吸附材料。其中，天然高分子基體材料因來源廣、價格低、可直接改性、無毒易降解、產生固廢少等優點，倍受青睞。開發以天然高分子為基體的重金屬離子吸附材料已成為當前吸附研究的熱點。

玉米秸稈是我國三大主要農作物(玉米、小麥和水稻)秸稈之一，年產量巨大但資源化利用率低，絕大部分被野外棄置或焚燒，造成極大的資源浪費和環境污染。考慮到玉米秸稈中纖維素含量達到45％，是可再生資源，具有可降解、韌性好等優點。若以玉米秸稈中提取的纖維素為原料，經合理化學改性，在纖維素分子中引入適當種類和數量的功能基團，開發玉米秸稈纖維素基吸附材料，有望獲得對水體重金屬離子具有良好吸附性能的材料用于環境污染治理，從而實現“以廢治廢”，提高玉米秸稈的資源化利用率。

當前國內外對于天然高分子化合物如淀粉、殼聚糖、果殼纖維素等的改性研究居多，多集中于探討單一功能基團(如氰基、巰基、氨基、硝酸酯基、硫酸酯基和黃原酸酯基等)的引入和對水中單一重金屬離子吸附性能的影響。相較而言，在上述幾種功能團中含硫的巰基和黃原酸酯基對多種單一重金屬離子(特別是Pb²⁺)均表現出較強的螯合捕集能力，但巰基分子較小捕集能力有限、黃原酸酯基易水解釋放出CS₂污染環境。因此，國內外研究者嘗試將對重金屬離子具有強力螯合作用的二硫代氨基甲酸鹽基團(DTC基團，-NRCS₂^-或-NHCS₂^-)引入到高分子基體上(如介孔硅、淀粉等)，制備固態的重金屬離子吸附劑，以克服DTC類液體捕集劑螯合重金屬離子后難沉降分離、難回收再利用的缺陷，并已取得一些可喜成果。然而，DTC結構中既含有氨基又有含硫基團，在吸附重金屬過程中兩類基團究竟是單一的含硫基團或氨基在起螯合吸附作用，還是兩類基團在起協同吸附作用，對各個重金屬離子吸附機制是否相同，迄今鮮見相關研究。