[发明专利]一种基于天然多糖的吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机染料吸附材料领域，尤其是涉及一种基于天然多糖的吸附材料的制备方法。

背景技术

随着工业的发展，有机染料在印染、纺织、造纸、食品等领域的应用越来越广泛，而染料废水的排放问题也日益严重。据统计，每年生产的染料中，有2％被直接排放到水体中(XuD,HeinS,LooLS,etal.ModifiedchitosanhydrogelsfortheremovalofaciddyesathighpH:modificationandregeneration.Ind.Eng.Chem.Res.,2011,50(10):6343-6346.)，由于有机染料具有致癌、致畸作用，染料废水的排放给水生生物及生态环境带来极大危害，并通过食物链进一步对其他生物造成影响，因此，如何去除水中染料离子是环境保护领域亟待解决的棘手问题。目前常用的方法主要有絮凝法、电化学法、膜分离法及吸附法等，吸附法由于操作简便、成本低廉而应用较为广泛。

水凝胶是具有三维网络结构的高分子聚合物，能够吸附自身质量千倍以上的水分，近年来作为吸附材料在废水净化领域得到较为广泛的应用。水凝胶可由天然聚合物和合成聚合物来制备，天然多糖如纤维素、壳聚糖、瓜尔胶等，由于储量丰富，可再生，且生物相容性好，是制备水凝胶的常用原料。半纤维素是存在于植物细胞壁中一类带有分枝的杂多糖，在植物中含量约为20％～35％，是自然界中含量仅次于纤维素的第二类多糖。然而由于半纤维素结构及组分相对复杂，长期以来有关其利用并未得到重视。近年来，随着化石能源的短缺，寻找绿色可再生能源成为全球研究热点，关于半纤维素的研究逐渐引起人们的关注。半纤维素结构单元中含有大量羟基，可通过化学修饰制备多种化工产品，而作为一种天然多糖，以半纤维素为原料制备水凝胶的研究也相继被报道。如富含木聚糖的半纤维素与丙烯酸通过接枝共聚可制备具有重金属离子吸附能力的水凝胶(PengXW,ZhongLX,RenJL,etal.Highlyeffectiveadsorptionofheavymetalionsfromaqueoussolutionsbymacroporousxylan-richhemicelluloses-basedhydrogel.J.Agr.FoodChem.,2012,60(15):3909-3916.)，与磁性纳米Fe₃O₄颗粒经共价交联得到的复合凝胶在药物控释及蛋白分离领域有着潜在应用价值(ZhaoW,OdeliusK,EdlundU,etal.Insitusynthesisofmagneticfield-responsivehemicellulosehydrogelsfordrugdelivery.Biomacromolecules,2015,16(8):2522-2528.)，但是传统聚合物凝胶存在机械强度差，不耐盐等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以天然多糖为主要原料、生产工艺简单、易操作，适于大规模生产的水凝胶吸附材料及其制备方法。该吸附材料具有良好的力学性能及阳离子染料吸附效果，且可通过改变交联密度、纳米黏土颗粒用量、亚甲基蓝溶液的pH、初始浓度等条件来调节吸附材料对染料离子的吸附量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于天然多糖的吸附材料的制备方法，以无机纳米黏土颗粒及农业废弃物玉米秆中分离的半纤维素多糖为原料，与PEGDE在温和的碱性条件下发生化学交联，制备具有三维网络结构的吸附材料，即得到基于天然多糖的吸附材料，具体采用以下步骤：

(1)利用碱液从除髓的玉米秆中分离出半纤维素多糖并经提纯、乙醇沉淀、离心、冷冻干燥，得到用于制备吸附材料的半纤维素多糖；

(2)将半纤维素多糖溶于NaOH溶液中，搅拌使其完全溶解至澄清透明；

(3)向步骤(2)所得溶液中边搅拌边缓慢加入无机纳米黏土颗粒，搅拌时间不少于1h，使纳米黏土颗粒分散均匀；

(4)向步骤(3)所得溶液中加入分子量为500的PEGDE交联剂，搅拌后置于水浴锅中加热得到水凝胶；

(5)将步骤(4)得到的水凝胶置于蒸馏水中浸泡，期间定时更换蒸馏水以除去碱液及未反应物质，取出水凝胶冷冻干燥得到最终产物。

步骤(1)采用浓度为60～80g/L的KOH溶液分离半纤维素多糖，控制固液比为1:6～1:10，分离时控制温度为70～80℃，分离得到含有85wt％的木聚糖。