[发明专利]一种两亲性纤维素基吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种两亲性纤维素基吸附剂及其制备方法，其以纤维素为原料，先对纤维素进行水浴超声辅助碱化处理制得再生纤维素；再将再生纤维素与苯乙烯进行自由基聚合得到疏水性纤维素；最后将疏水性纤维素与酸酐通过傅克酰基化反应引入羧基，获得两亲性纤维素基吸附材料。本发明所制得的两亲性纤维素基吸附剂既对有机分子有良好的吸附效果，也可吸附重金属离子，并且具有良好的物理性能和再生性，且其生产原料易得、反应条件温和、生产成本低，具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于生物质材料与有机高分子化合物材料领域，涉及一种应用于水处理的吸附剂材料，特别涉及两亲性纤维素基吸附剂的制备方法。

背景技术

我国的纺织、食品、染料等行业的产量位居世界前列，而其生产过程中排放的废水量也是巨大的，由此造成的环境污染严重制约了现代化工业的大规模发展和生态文明建设。在排放的工业废水中染料和重金属离子占了主要的比例，如高浓度的硝基及胺基化合物、偶氮化合物、多聚芳香烃等复杂不易降解的有机分子，孔雀石绿、罗丹明B、亚甲基蓝等有色染料，以及镉离子、铅离子、铬离子、锌离子、铜离子、镍离子等具有较大毒性的重金属离子。有机污染物和重金属离子对动植物及人体具有较大的毒性，而且一般在自然环境中不易降解，对含有这些污染物的废水进行有效处理是解决当今环境污染问题的重要一环。在废水处理方面，吸附法的成本低廉，操作简单，不会产生二次污染，且所用的吸附剂往往可以多次重复利用，受到众多研究者的青睐。

与传统的无机吸附材料和单一的高分子材料相比，生物质材料由于其来源广泛和可生物降解性越来越受到人们的关注。其中纤维素是自然界中最丰富的、可再生的天然高分子化合物，其表面具有大量的羟基，可进行多种的接枝改性，便于实现特异性吸附，因此备受关注。但未经处理的纤维素吸附效果不佳、纤维素改性吸附材料多存在物理性能差以及吸附对象单一等问题，且其对芳香族有机污染物的吸附效果不甚理想。

两亲性纤维素基吸附剂同时具有疏水链和亲水链，可以解决以上问题。目前，纤维素两亲性的获得主要通过可逆加成-断裂链转移聚合、原子转移自由基聚合、开环聚合等反应。朱旭海（阳离子改性微纤化纤维素的制备及其吸附胆酸盐能力的研究，天津大学，2014）将酶预处理纸浆季铵化后再引入长链烷基制得阳离子两亲微纤化纤维素。周海龙（一种两亲性纤维素衍生物应用于毛细管电泳分离的研究，分析科学学报，2015）先将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到纤维素-NaOH/尿素水溶液中得到季铵化纤维素，再以溴代十二烷为疏水单体，制得两亲性纤维素聚合物。周建华等人（含氟两亲嵌段共聚物改性纳米纤维素，CN106117563A，2016）采用可逆加成-断裂链转移聚合将含氟两亲性嵌段共聚物接枝到纳米纤维素表面获得两亲性纤维素共聚物。杨晓旭等人（疏水化改性羟乙基纤维素两亲性聚合物的合成及自组装行为，大连工业大学学报，2018）以羟乙基纤维素为起始物，通过羟基与卤代烷烃之间的醚化改性制备了长碳链疏水化改性羟乙基纤维素聚合物。李桂亮等人（一种基于羧基化纤维素的两亲性靶向纳米药物递送系统的制备，CN110384682A，2019）通过将羧基化纳米纤维素溶于离子液体[Amim]Cl中通过开环聚合法得羧基化纳米纤维素-聚乳酸共聚物；再与活化后的叶酸反应制得叶酸-羧基化纳米纤维素-聚乳酸共聚物。以上方法多为在纤维素的溶解体系中进行均相接枝，预处理成本高，操作复杂，反应条件苛刻，所得两亲性纤维素多应用在医疗领域，并且其均为先引入亲水性基团，再引入疏水端，这往往会造成疏水性较强，在水中分散性不足，难以与污染物接触，且亲水基团多可实现离子交换功能，将其作为中间产物，往往使这种基团的功能被弱化，而目前疏水单体较多使用为硅烷、烷烃、酯类和含氟单体等，对水中污染物的特异性吸附效果弱，因此应用在吸附方面的两亲性纤维素材料鲜有报道。本发明一方面通过疏水基团的加入提高了材料的物理性能，另一方面通过引入羧基基团的离子交换机制提高了材料的吸附效率和吸附力，使其对多种不同性质的污染物均起到良好的吸附效果，并且相较于其他反应过程，本发明反应条件较为温和，在水污染处理中具有广泛的应用前景。

发明内容