[发明专利]一种催化剂、该催化剂制备气凝胶吸附材料的方法及应用

说明书

本发明涉及一种磁性树枝状大分子催化剂，同时提供了利用该催化剂制备改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料的方法。所述的改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料制备过程中，磁性聚酰胺胺负载TEMPO催化剂较小分子TEMPO相比易于回收，无污染，可循环使用，有利于节约资源、降低生产成本。该改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料含大量羧基、羟基和氨基，吸附量大，可用来吸附水中的Pb²⁺，并可通过调节溶液pH使材料进行脱附，从而实现材料的循环使用。

技术领域

本发明涉及重金属吸附材料技术领域，具体涉及一种改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料的制备方法及其在废水中对重金属离子Pb²⁺的吸附。

背景技术

目前，用于吸附重金属离子的常用吸附剂包括活性炭、离子交换树脂、水滑石等，这些吸附剂存在着吸附时间长、去除率低等问题。所以找到一种去除率高，绿色环保且操作简便的分离材料迫在眉睫。

纤维素在诸多生物质吸附剂中属于天然高分子螯合吸附剂，它含有诸多-OH活性螯合基团，其中它的C6伯羟基可以通过选择性催化氧化为-COOH，使其同时包含有-COOH和-OH活性螯合基团。在氧化纤维素的制备过程中，通常是以2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）作为催化剂，来选择性催化氧化C6位伯羟基为羧基，以此向纤维素中引入羧基，赋予纤维素优异的重金属离子吸附性。此外，纤维素氧化后残余的羟基也可作为进一步接枝改性的活性位点。但是TEMPO价格昂贵，分子量小不易回收，且具有一定的毒性，使用后难以回收循环使用而对环境有较大的污染，所以将TEMPO部分负载到有机或无机的基质上，既保留其优良的催化性能，又可以回收循环使用，有重要意义。

而-NH₂也具有良好的螯合性能，因为在氮、氧原子中均存在有孤对电子，这些功能基团可以通过产生共价键或者离子键而与重金属离子牢固的螯合吸附在一起，表现出优异的螯合作用和极高的处理能力。聚丙烯酰胺含有大量氨基，具有较大的重金属吸附容量，将其接枝到氧化纤维素表面，可制备具有优异重金属吸附能力的改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料。

发明内容

本申请的目的是提供一种易于回收、不易引入二次污染、可循环使用的改性氧化纤维素基气凝胶吸附材料的制备方法及其应用。

本申请采用如下技术方案：

一种磁性树枝状大分子催化剂，其通过如下方法制备：

（a）在脱氧水中加入FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O，常温下通过逐滴加入氨水溶液调节至pH=10，搅拌下实现化学沉淀，将黑色沉淀物加热到80℃反应30min，用去离子水洗涤至水呈中性，冷冻干燥得到磁性纳米颗粒MNPs；

（b）向含有MNPs的乙醇混合物中加入10mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷APTS，并在60℃下搅拌，用甲醇洗涤并干燥得到改性的磁性纳米颗粒APTS-MNPs；向APTS-MNPs中加入体积比为2∶5的丙烯酸甲酯和甲醇，25℃下搅拌24h，得到的胶体用甲醇洗5次，然后将乙二胺和甲醇按照体积比1∶5加入到该混合溶液中并在25℃下搅拌24h，然后用甲醇洗5次，制得1代磁性聚酰胺胺纳米颗粒G1-MNPs；

（c）将制得的G1-MNPs和4-羰基-TEMPO按照G1-MNPs中氨基∶4-羰基-TEMPO=1∶2在甲醇中混合，在N₂氛围下，控制温度在40℃，反应在3h、24h、48h分别加入氰基硼氢化钠，反应72h后停止，磁力分离，用甲醇洗涤5次，干燥制得G1-MNPs-TEMPO。

其中，步骤（a）中，FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O的摩尔比为1∶2。