[发明专利]一种仿生纤维功能材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种仿生纤维功能材料，其特征在于，所述材料富含多吸附位点，即对重金属离子具有吸附性能的N、O、S位点；所述材料是通过将三种多功能基团分别修饰的聚乙烯亚胺聚合物与羧基化纳米纤维素、氧化石墨烯共混后，采用仿蜘蛛纺丝原理的同轴纺丝方法，再采用后交联技术得到；所述材料以纳米纤维素为骨架、氧化石墨烯为外层、三种多功能基团分别修饰的聚乙烯亚胺聚合物为内层的多层结构，且各层之间的连接为化学键连接；

所述三种多功能基团分别修饰的聚乙烯亚胺聚合物分别为含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物、含N、O位点的超支化聚羧酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物以及含O、N位点的多巴胺修饰的聚乙烯亚胺聚合物；其中含O、N位点的多巴胺修饰的聚乙烯亚胺聚合物是通过多元羧酸和多巴胺修饰聚乙烯亚胺得到；

所述羧基化纳米纤维素是由TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系将生物质纤维氧化得到。

2.一种仿生纤维功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.羧基化纳米纤维素的制备：采用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系对生物质纤维进行氧化，通过控制反应条件来调控氧化程度，制备羧基化纳米纤维素；

S2.含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物的制备：将亚乙基二硫代二乙酸与聚乙烯亚胺在高温下进行酰胺化反应，制得含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物；

S3.含O、N位点的多巴胺修饰的聚乙烯亚胺聚合物的制备：将多元羧酸与多巴胺在高温下进行酰胺化反应，反应完全时继续加入聚乙烯亚胺继续进行酰胺化反应，制得含O、N位点的多巴胺修饰的聚乙烯亚胺聚合物；所述多元羧酸为乙二酸、柠檬酸或1,2,3,4丁烷四羧酸；

S4.含N、O位点的超支化聚羧酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物的制备：将超支化聚羧酸与聚乙烯亚胺 在高温下进行酰胺化反应，制得所述含N、O位点的超支化聚羧酸的聚乙烯亚胺聚合物；

S5.采用共混法将步骤S1中制得的羧基化纳米纤维素、步骤S2制得的含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物、步骤S3制得的含O、N位点的多巴胺修饰的聚乙烯亚胺聚合物、步骤S4制得的含N、O位点的超支化聚羧酸的聚乙烯亚胺聚合物和氧化石墨烯共混，制备纺丝液，采用仿蜘蛛纺丝原理的同轴纺丝方法，再采用后交联技术，制备得到仿生纤维功能材料；所述材料富含多吸附位点，即对重金属离子具有鳌合性能的N、O、S位点；通过调控纺丝液中各组分的比例，平衡调控各吸附位点在材料中的含量。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的羧基化纳米纤维素的制备具体操作为：将生物质纤维分散于水中，再向生物质纤维混合液中依次加入摩尔分数为1-5mmol/g绝干纤维的NaBr和摩尔分数为0.1-0.5mmol/g绝干纤维的TEMPO，再加入质量分数为10-30％的NaOH溶液以调节pH＝10，混合液面下加入有效氯摩尔分数为6-30mmol/g绝干纤维的NaClO溶液，充分混合均匀，反应4-8h，反应过程中不断补充NaOH溶液以维持pH＝10，直至pH不再变化，加入乙醇终止反应得到羧基化纳米纤维素。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物的制备具体操作为：将亚乙基二硫代二乙酸分散于水中，按照亚乙基二硫代二乙酸与聚乙烯亚胺的摩尔比为10-20:1加入分子量为7000-70000的聚乙烯亚胺，在高温下反应4-8h，采用截留分子量为500-2000的透析袋透析24-48h除去未反应的小分子，通过加热去除多余的水分以调节反应产物的浓度为50wt％-90wt％，制得所述含N、S位点的亚乙基二硫代二乙酸修饰的聚乙烯亚胺聚合物。