[发明专利]超支化聚合物改性磁性秸秆吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超支化聚合物改性磁性秸秆吸附材料及其制备方法，属于环境功能材料领域。

背景技术

随着我国工业的迅速发展，水污染问题日趋严重，由此造成的经济损失非常巨大。目前水体中的污染物主要包括重金属离子以及染料等难降解物质。虽然一些常规的水处理手段对污染物有一定的去除效果，但这些方法存在投资大、运行成本高、操作管理麻烦并且容易产生二次污染等问题。吸附法是去除水体中污染物的一种高效方法。传统的吸附材料，如活性炭等由于价格昂贵或者回收困难等因素限制了它们的应用。而生物质类吸附材料因其廉价易得，且可以实现废物再利用，得到广泛关注。

我国秸秆资源非常丰富，每年产量达数亿吨。目前秸秆的主要处理方式是直接还田或者焚烧。这不仅造成资源的极大浪费，而且燃烧过程中会产生CO、SO₂等有毒气体以及大量的可吸入颗粒物，给人类健康带来危害，同时造成环境污染。因此，将秸秆用于水处理领域，制备高性能吸附材料极具经济价值和社会意义。

由于秸秆对污染物的吸附性能较差，因此必须对秸秆进行化学改性。近年来，具有特殊分子结构和独特性质的超支化聚合物受到了广泛关注。一方面，与线型聚合物相比，它们具有大量支化结构，难以发生分子间缠结，因此具有良好的溶解性和较低的溶液粘度；另一方面，它们具有大量的链端官能团，具有较高的端基反应活性。

对于吸附法而言，吸附材料的固液分离一直是阻碍吸附法进步的障碍。因而近年来许多学者致力于磁性吸附材料的研究，并将其应用于废水中污染物的去除。研究发现，在外加磁场的帮助下，磁性吸附材料能够实现快速的固液分离，因而在很大程度上解决了传统吸附法所面临的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种超支化聚合物改性磁性秸秆吸附材料及其制备方法。本发明采用超支化聚合物改性的磁性秸秆吸附材料具有吸附量大、吸附速度快、容易分离回收等优点。

技术方案：

本发明的一种超支化聚合物改性磁性秸秆吸附材料，是将经过预处理、偶联剂和超支化聚合物改性后的植物秸秆与铁盐复合之后制备而成。这种吸附材料的制备方法包含如下步骤：(1)将植物秸秆清洗、烘干、粉碎，取粒径为60～80目的粉末在质量分数为5％～15％的NaOH溶液中浸泡搅拌5～10小时后抽滤，洗涤至中性并真空干燥，得到预处理后的秸秆；植物秸秆粉末与NaOH溶液的质量体积(g∶mL)比为1∶20～40；(2)将5～10g预处理后的秸秆加入到200～300mL乙醇中搅拌，然后加入5～10mL硅烷偶联剂，在30～80℃条件下反应10～30h，反应结束后将产物用乙醇洗涤，最后真空干燥10～30h，得到偶联剂改性后的秸秆；(3)将2g偶联剂改性后的秸秆加入到100～300mL去离子水中搅拌，然后加入2.5～20g超支化聚合物，在20～80℃条件下反应6～24h，反应结束后将产物用去离子水洗涤，最后真空干燥10～30h，得到超支化聚合物改性后的秸秆；(4)将1g超支化聚合物改性后的秸秆与铁元素浓度为0.05～1.0mol/L Fe²⁺/Fe³⁺混合溶液按质量体积比为1∶30～150的比例混合，Fe²⁺/Fe³⁺混合溶液中两者的摩尔比为1∶0.5～6，然后在搅拌条件下加入浓度为20～30％的氨水，秸秆与氨水的质量体积比为1∶5～25，在60～120℃反应2～10小时，整个反应过程在无氧条件下进行，反应结束后，利用磁铁将产物分离，然后用去离子水洗涤并真空干燥，过筛分级去除四氧化三铁杂质，得到超支化聚合物改性磁性秸秆吸附材料。

其中硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中的一种；超支化聚合物是超支化聚乙烯亚胺、端羟基超支化聚酯、端羟基超支化聚乙二醇中的一种。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明采用农业废弃物植物秸秆为原料，该原料来源广泛、价格低廉。而且植物秸秆具有生物可降解性，且本身无毒，不会对水体产生二次污染。

2.本发明制备的改性磁性秸秆吸附材料在外加磁场作用下可以将吸附饱和后的吸附材料从废水中分离，随后又可以将吸附的污染物洗脱下来，具有分离回收容易等优点。