[发明专利]一种双功能纤维素基微球吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然高分子的利用和双功能纤维素基微球吸附剂的制备，属于天然高分子材料领域。

背景技术

纤维素作为最丰富的天然高分子材料，在自然界中不但储量丰富来源广泛，而且无毒、可生物降解、多毛细管及大的比表面积，具有一定的吸附能力，可通过物理、化学改性引入具有特定功能的官能团，提高其吸附能力。不仅可以解决能源危机的问题，还可以解决环境污染带来的影响，已成为吸附剂材料重要的研究领域。

纤维素是天然高分子化合物，化学结构是由很多D-吡喃葡萄糖酐以及β(1-4)苷键结合的线性巨分子，其化学结构为C₆H₁₀O₅。在纤维素的大分子结构中，每个葡萄糖单元均含有3个较为活泼的-OH基，可以通过化学改性(酯化、醚化、氧化、亲核取代、接枝共聚及交联等)改善纤维素的性能。接枝改性是制备纤维素功能材料的一种重要方法。目前，纤维素的接枝共聚反应主要有离子型(阴离子、阳离子)聚合、缩合加成聚合、自由基聚合，而自由基聚合具有接枝单体广泛、引发剂与反应介质价廉易得、聚合条件温和、操作简单、易实现工业化的特点，广泛应用于生产实践。

中国专利102553545A公开了一种纤维素复合微球及其制备方法，这种纤维素复合微球是以纤维素为基材，以高分子材料为复合材料，通过溶胶凝胶相转变和交联剂交联制得，并应用于蛋白质、酶、核酸、多糖生物大分子的分离和纯化，以及对水、油、重金属离子、染料和香精香料的吸附，但该方法制备的纤维素复合微球的吸附性能有待进一步提高。Wan 等以羟乙基纤维素(HEC)为原料，以N-异丙基丙烯酰胺(NIAAm)与丙烯酸(AA)为接枝单体，通过自由基聚合制备了温度和pH值双响应的纤维素接枝共聚物(HEC-g-PNIAAm-g-PAA)。但其对污染物的吸附需通过调节吸附环境控制，且产品环保性较低，缺乏经济实用性。因此需要寻找一种环境友好型、经济实用且可同时吸附多种污染物吸附材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种双功能纤维素基微球吸附剂，同时结合新的制备工艺，提供了一种工艺简单、环境友好型的双功能纤维素基微球吸附剂的制备方法。

本发明的技术解决方案为：一种双功能纤维素基微球吸附剂的制备方法，具体制备步骤为：

(1) 制备纤维素溶液：20~100重量份的离子液体中，加入1~10重量份的纤维素，在50~90 ℃下，搅拌2~5 h，搅拌速率为60~300 rpm，得到纤维素溶液；

(2) 制备双功能纤维素基接枝聚合物：将步骤 (1) 中所得纤维素溶液降至25~35℃，分别加入纤维素质量1~10倍的不同功能单体，引发剂和交联剂，在40~80 ℃下，磁力搅拌1~8 h。其中所述引发剂与纤维素的质量比为0.01:1~0.12:1，所述交联剂与纤维素的质量比为0.01:1~0.25:1，得到双功能纤维素基接枝共聚物；

(3) 制备接枝共聚物微球：将步骤 (2) 中所得双功能纤维素基接枝共聚物分散在油相与表面活性剂有机溶剂中，油相与双功能纤维素基接枝共聚物溶液的体积比为2:1~7:1，油相与表面活性剂的质量比为30:1~120:1，温度为70~100 ℃，在100~800 rpm转速下，搅拌10~60 min，形成反相悬浮体系。然后再以0.5 ℃/min的速率降温至25~45 ℃，纤维素接枝共聚物溶液凝结成球，过滤，浸泡冲洗至中性，得到双功能纤维素基微球。

以上方法所述离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐的任一种。

以上方法所述纤维素为天然纤维素，选自棉纤维、竹纤维、纸浆纤维、麻纤维或甘蔗渣纤维中的任一种。

以上方法所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或者硝酸铈铵中的任一种；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷或者四甲基乙二胺中的任一种。

以上方法所述的油相为植物油、甲苯、石油醚、环己烷一种或几种，所述的表面活性剂为硅油、吐温80、吐温85、硅油及吐温80、硅油及吐温85中的任一种。

以上方法所使用的浸泡溶液为去离子水、甲醇、乙醇及其混合液中的一种或者几种。反复洗涤数次，通过冷冻干燥得到双功能纤维素基微球吸附剂。

本发明具有以下优点：

1、本发明实现了纤维素与具有不同官能团的单体同时均相接枝共聚，有效改善了单一官能团单体的接枝改性、吸附性能单一的问题；