[发明专利]一种纳米纤维素基金属离子捕获柱及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种纳米纤维素基金属离子捕获柱及其制备和应用，所述的纳米纤维素基金属离子捕获柱，包括管状容器以及填充在所述管状容器中的纳米纤维素多孔材料，所述的纳米纤维素多孔材料由纳米纤维素经有机硅烷表面改性得到。其制备方法包括：步骤1：将纳米纤维素原料与有机硅烷共混制备得到表面改性的纤维素浆，冷冻干燥，烘焙固化，得到纳米纤维素多孔材料；步骤2：将步骤1中的纳米纤维素多孔材料填充到圆柱管中，得到纳米纤维素基金属离子捕获柱。本发明具有价格低廉、生物相容性高以及易化学改性等优点。纳米纤维素多孔材料具有低流动阻力和良好的尺寸稳定性，可连续式有效去除铜离子，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种可连续式金属离子捕获柱，具体涉及一种纳米纤维素多孔材料捕获柱及其制备和在连续式铜离子捕获中的应用。

背景技术

水是生命之源，水体污染严重影响人们的生活健康。虽然铜元素是一种人类必需的营养物质，但是过多的铜摄入量会引起急性胃肠道疾病，世界卫生组织国际化学品安全规划(IPCS)健康与安全指南建议成人口服摄入量的可接受范围小于2ppm。市面上常见的铜离子吸附剂主要由改性二氧化硅、树脂、活性炭等制备。虽然现存的铜离子吸附材料能实现铜离子的有效去除，但这种间歇式净化方式存在弊端，如处理周期长、处理量小且难以满足工业化的可连续处理的要求，此外常见的铜离子填充柱如(活性炭为填料)存在着柱子容易堵塞以及吸附后铜离子的脱附污染问题。因此开发一种可连续式有效去除铜离子的装置具有一定的应用价值。

纤维素是地球上储量最为丰富的天然有机高分子聚合物。价格低廉、生物相容性高以及易化学改性等特点使得纤维素是一种理想的原材料。通过冰晶诱导自组装方法可以方便地制备纳米纤维素多孔材料。由于纳米纤维素多孔材料有效的多重交联方式以及相互贯穿的孔结构赋予材料低的流动阻力和良好的尺寸稳定性，因此制备的多孔材料适用于工业化中连续处理的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米纤维素基金属离子捕获柱及其制备和应用。

为了解决上述技术问题，首先，本发明提供了一种纳米纤维素基金属离子捕获柱，其特征在于，包括管状容器以及填充在所述管状容器中的纳米纤维素多孔材料，所述的纳米纤维素多孔材料由纳米纤维素经有机硅烷表面改性得到。

优选地，所述多孔材料中纳米纤维素原料为木浆纤维素、纤维素纳米线、纤维素纳米晶、细菌纤维素、再生纤维素浆以及玉米秸秆浆中至少一种。

优选地，所述有机硅烷为γ―巯丙基三甲氧基硅烷KH-590、γ―巯丙基三乙氧基硅烷KH-580、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三丁氧基硅烷中的至少一种。

本发明还提供了所述纳米纤维素基金属离子捕获柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将纤维素原料经盐酸水解-高压均质处理得到纳米纤维素悬浮液，将纳米纤维素悬浮液与有机硅烷共混制备得到表面改性的纳米纤维素浆，先冷冻，后冷冻干燥，烘焙固化，得到纳米纤维素多孔材料；

步骤2：将步骤1中的纳米纤维素多孔材料填充到圆柱管中，得到纳米纤维素基金属离子捕获柱。

优选地，所述步骤1中纤维素原料与酸溶液质量比为1:50～200，酸浓度为0.5～5wt.％，酸解温度60～95℃，时间为0.5～4h。

优选地，所述步骤1中高压均质(APV-2000)，压力范围为500～1500bar，循环次数为1～10次。

优选地，所述步骤1中纳米纤维素悬浮液中纳米纤维素固含量为1.5～5.0wt.％，有机硅烷与纳米纤维素固含量质量比为0.5～5:1。时间为2～24h，温度20～60℃，pH值为4.0～6.5。

优选地，所述步骤1中冷冻方式为冰箱(-18℃)冷冻或液氮快速冷冻(-196℃)。