[发明专利]一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法和在污水处理方面的应用。以天然高分子羟乙基纤维素为基材，采用聚酰胺‑胺树形分子对其进行改性，通过环氧氯丙烷进行交联，由此得到的水凝胶含有大量氨基结构，对重金属铬离子具有优异的吸附性能，且可再生重复使用。该水凝胶在含铬离子的废水处理方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及吸附材料及环保技术领域，具体涉及一种羟乙基纤维素水凝胶及其制备方法和在重金属离子治理方面的应用。

背景技术

当今工业的快速发展产生了大量含重金属离子(如Cr⁶⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等)的废弃物，这些废弃物通过各种渠道对环境造成污染。重金属离子污染主要源于电镀、冶金和染料等行业的三废排放。部分超标重金属离子对生物的危害十分严重，甚至会诱导细胞癌变，因此对环境中的超标重金属离子进行有效处理意义重大。目前，重金属离子的处理方法通常包括吸附法、电化学法和生物法等，其中吸附法是一种较为实用的物理化学方法，具有效果好、成本低和易操作等优势，在废水处理领域具有广阔的应用前景。

纤维素是一种天然高分子材料，其储量丰富且可再生，基于纤维素的改性功能材料符合可持续发展的趋势。通常情况下，纤维素不溶于水使其应用不便，因此需对其进行改性。羟乙基纤维素是一类重要的水溶性纤维素醚类衍生物，多羟基结构使其具有突出的增稠、悬浮和保水等特性，在化工、食品和纺织等众多工业领域应用广泛。然而，羟乙基纤维素分子结构中的官能团主要为羟基，导致其与部分重金属离子之间的相互作用较弱。因此，可以通过引入与重金属离子作用较强的功能基团，以期提升纤维素基材料的吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有羟乙基纤维素水凝胶对重金属离子吸附性能不足等问题，提供一种新型羟乙基纤维素水凝胶。采用聚酰胺-胺树形分子对羟乙基纤维素进行改性后，显著的提高了水凝胶产物的吸附性能，尤其是对重金属离子铬的吸附能力，并且该产物脱附后可重复使用。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于吸附重金属离子的羟乙基纤维素水凝胶，该水凝胶由聚酰胺-胺树形分子对羟乙基纤维素进行改性，再通过环氧氯丙烷交联而成。其中，聚酰胺-胺树形分子用量占羟乙基纤维素的质量百分数不超过33％，环氧氯丙烷的用量相当于羟乙基纤维素总质量的59％。

上述水凝胶的制备方法具体如下：首先将聚酰胺-胺树形分子溶于强碱溶液中，接着按比例加入羟乙基纤维素和环氧氯丙烷进行交联反应，固液分离后干燥，得到水凝胶。

上述方案中，所述强碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，优选为氢氧化钠水溶液；强碱溶液的浓度为20-40g/L，优选为30g/L。

上述方案中，交联反应前混合溶液中羟乙基纤维素的总浓度为40-60g/L，优选为50g/L。

上述方案中，原料聚酰胺-胺树形分子用量占羟乙基纤维素的质量百分数不超过33％。

上述方案中，所述聚酰胺-胺树形分子的代数为1.0-3.0代。

上述方案中，交联反应温度为55-65℃，反应时间为3.5-4.0小时。

上述方案中，固液分离所得产物先分别用水和醇溶剂交替洗涤3次以上，接着置于45-60℃环境下烘干或者直接冷冻干燥。

上述水凝胶用于吸附、分离废水中重金属离子的应用。

上述方案中，所述重金属离子具体为Cr⁶⁺。