[发明专利]磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料及其制备方法和应用，以黄原酸化植物纤维为基体，改性磁流体Fe₃O₄为磁响应剂，超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将黄原酸化植物纤维与改性磁流体Fe₃O₄、超支化聚胺/氧化石墨烯复合物一步交联复合制备磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料。本发明的材料在重金属吸附领域的应用具有良好的性能：对重金属离子的吸附容量达800mg/g以上，去除率达100％，再生稳定性好，经过50次再生后，其再生率仍大于96％，同时便于再生回收。

技术领域

本发明属于纤维材料改性领域，具体涉及一种磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附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。

两性纤维素基吸附材料是指纤维素经改性后，分子链上同时含有阳离子和阴离子基团。Zhu等以BC为基体，环氧氯丙烷为交联剂，二乙烯三胺和CS₂为改性试剂，制备了同时含有氨基和黄原酸根的两性纤维素基吸附材料，其对Cr(VI)的最大吸附容量为32.4mg/g，而且达到吸附平衡的时间为180min。Liu等将高氨基密度的PEI接枝到羧化纤维素上，制备出两性纤维素基吸附材料并探究了其对Cr(VI)的吸附性能，结果显示：在250min内达到吸附平衡，其吸附容量为358.4mg/g，去除率为66％。Zhang等先利用微波-H₂O₂预处理微晶纤维素，再引入琥珀酸酐和PEI，制备出一种富含氨基(2.61mmol/g)和羧基(4.64mmol/g)的两性纤维素基吸附材料，该材料对Cd(II)和Pb(II)的吸附容量分别为217.3mg/g和357.1mg/g。

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明显提高，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，提供一种既对重金属离子具有高效吸附性能，又具有良好的再生性能，同时便于再生回收的磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料。

本发明的目的是提供一种磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料；

本发明的另一目的是提供上述磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料的制备方法；

本发明的再一目的是提供上述磁响应氧化石墨烯/植物纤维吸附材料的应用。