[发明专利]一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料及制备方法和应用

说明书

本发明属于环境修复与污染治理技术领域，公开了一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料及制备方法和应用。本发明利用成本低、环境友好的农业废弃物玉米秸秆，通过TEMPO氧化修饰，增加了材料的比表面积和孔容积，并且引入含氧官能团羧基，从而提高了材料的吸附量。本发明的材料具有价格低廉、操作简单、材料性质稳定、绿色环保和可重复利用等优点，其对Cd和Cd‑CA络合物均展现出较好的吸附效果和吸附稳定性，在pH值为7时，TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料对于Cd和Cd‑CA络合物的吸附量分别可达12.89和13.10mg/g。

技术领域

本发明涉及环境修复与污染治理技术领域，尤其涉及一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料及制备方法和应用。

背景技术

重金属是一种常见的污染物，它的主要来源有采矿、电镀、冶炼等人类活动。由于重金属的不可降解性，因此被排放的重金属会逐渐在水环境中积累，随着食物链被富集到人体内，从而导致人体肝脏、肾脏等器官的损伤，甚至引发癌症和死亡。有机酸在自然水体中广泛存在，它的主要来源有植物根系和土壤有机物的分泌、动植物残体的分解和微生物的合成。其中，分为小分子量有机酸(如柠檬酸和丙酸)和大分子量有机酸(如富里酸和腐殖酸)。

然而在天然水体中，重金属和有机酸并不是单一存在的，而是相互影响，相互作用。在水体中，有机酸极易与重金属进行络合形成可溶性络合物，不仅降低重金属的去除效果影响其迁移转化，而且还会增强重金属的毒性。由此可见，亟需一种高效的去除方法来处理重金属复合污染的问题。

目前针对重金属与有机酸络合物的去除方法有高级氧化法、膜处理、生物处理法、电化学法等，但是这些方法往往存在成本高、设备复杂和实际应用困难等弊端。近年来，吸附法因其操作简单、价格低廉而受到广泛关注，其中常用的吸附材料有树脂、活性炭、碳纳米管、石墨烯、天然矿石等，它们往往存在价格过高、难以再生和吸附容量低等缺点。

目前，现有技术提供的吸附剂通常对重金属有优异的吸附性能，但仅是对于重金属的吸附，并不涉及对于重金属与有机酸络合物的去除。例如，发明专利CN111298777A以及CN112237904A公开了一种改性玉米秸秆，其均对重金属镉以及镉和抗生素混合污染物有良好的吸附性能，但并未用于处理重金属有机酸复合污染物。因此，亟需开发一种对重金属有机酸复合污染物有优异吸附效果的吸附材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能高效吸附重金属和重金属-有机酸络合物的吸附材料，以解决现有技术制备的吸附材料不能用于重金属-有机酸络合物的吸附。本发明利用成本低、环境友好的农业废弃物玉米秸秆，通过TEMPO氧化增加材料的比表面积和孔容积，并且引入含氧官能团羧基，从而提高了其对重金属和重金属-有机酸络合物的吸附容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料，由包含以下的原料制备而成：

玉米秸秆、磷酸盐缓冲液、TEMPO、亚氯酸钠、二氯异氰尿酸钠；

其中，所述玉米秸秆的质量和TEMPO的物质的量之比为1～2g：0.1～0.5mmol；所述TEMPO、亚氯酸钠和二氯异氰尿酸钠物质的量之比为1～5：120～130：50～60；所述玉米秸秆的质量和磷酸盐缓冲液的体积比为1～2g：100～200mL。

优选的，在上述一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料中，所述磷酸盐缓冲液的pH值为6.5～7。

本发明还提供了一种TEMPO氧化修饰秸秆纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将玉米秸秆粉碎；

(2)将步骤(1)所述粉碎后的玉米秸秆利用TEMPO氧化修饰；

(3)利用乙醇终结步骤(2)所述氧化修饰反应，并水洗，得到TEMPO氧化修饰玉米秸秆；