[发明专利]一种多重智能响应生物质基功能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种多重智能响应生物质基功能材料及其制备方法和应用，以生物质基智能纤维为基体，改性磁流体Fe₃O₄为磁响应剂，超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将生物质基智能纤维与改性磁流体Fe₃O₄、超支化聚胺一步交联复合制备多重智能响应生物质基功能材料。本发明的材料在重金属吸附、酸性气体捕集、沼气纯化等领域的应用具有良好的性能：对重金属离子的吸附容量达400mg/g以上，去除率达100％；对酸性气体的吸附容量高于6mmol/g；对生物沼气的纯化效率高，纯化后的生物沼气的CH₄含量高于98％；对气体吸附饱和后的材料可以实现较低温度下的再生。

技术领域

本发明属于纤维材料改性领域，具体涉及一种多重智能响应生物质基功能材料及其制备方法和应用。

背景技术

水体中重金属离子含量超标对环境和生物体的危害较大，也是最难治理的水污染之一。采用常规的生物法、化学沉淀法、膜过滤法、电解法等处理，很难直接达到排放标准或饮用标准，特别是处理低浓度重金属离子废水往往需要付出更大的人力和财力代价。因具有操作简单、原料来源广泛、可塑性高等优势，吸附法在治理重金属离子废水领域逐渐得到广泛关注。然而，目前所报道的重金属吸附材料大多数制备工艺较为复杂，尤其是在纤维素表面通过接枝改性引入吸附功能基团时，由于接枝率较低，导致材料对重金属离子的吸附容量和去除率较低，很难同时满足既对水体中重金属离子具有良好的去除效果，又方便回收和再生，以达到重复使用的目的。

虽然改性后的纤维素基吸附材料对重金属离子的吸附性能有一定提高，但因其回收困难，易造成二次污染，在很大程度上限制了其应用范围。为了解决吸附材料难回收的问题，采用在吸附材料中引入具有超顺磁性的Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃是一种可行的方法。Periyasamy等报道了一种磁性纤维素基吸附材料，可以在磁场中实现快速固液分离，但其对Cr(VI)吸附容量(26.6mg/g)和去除率(53％)相对较低。Sun等先在纤维素中包埋Fe₃O₄@SiO₂粒子，制备出磁性纤维素微球，再以GMA为交联剂，乙二胺为接枝单体对磁性纤维素微球进行氨基接枝改性，制备出富含氨基的磁性纤维素基纳米微球，该材料对Cr(VI)的最大吸附容量为171.5mg/g，能在10min以内达到吸附平衡，但其去除率较低，无法满足低浓度吸附。然而，目前所报道的纤维素基吸附材料的制备过程较为复杂，而且很难同时满足既方便回收利用，又具有高效的吸附性能和良好的再生性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的问题，提供一种对重金属离子和酸性气体具有高效吸附性能，对生物沼气纯化效率高，同时具有良好的再生性能，便于再生回收的多重智能响应生物质基功能材料。

本发明的目的是提供一种多重智能响应生物质基功能材料；

本发明的另一目的是提供上述多重智能响应生物质基功能材料的制备方法；

本发明的再一目的是提供上述多重智能响应生物质基功能材料的应用。

本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现：

一种多重智能响应生物质基功能材料，以生物质基智能纤维为基体，改性磁流体Fe₃O₄为磁响应剂，超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将生物质基智能纤维与改性磁流体Fe₃O₄、超支化聚胺一步交联复合；

所述生物质基智能纤维为具有温度和pH双响应的生物质基智能纤维；所述改性磁流体Fe₃O₄为与柠檬酸根络合的Fe₃O₄粒子；所述超支化聚胺由胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成和自缩聚反应得到；所述交联剂为环氧氯丙烷。