[发明专利]一种用于吸附水中重金属的氨基化木材气凝胶的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种用于吸附水中重金属的氨基化木材气凝胶的制备方法，包括如下步骤：S1、脱木素木材气凝胶的制备、S2、羧基化木气凝胶的制备：S3、氨基化木材气凝胶的制备；并以所制备得到的氨基化木材气凝胶进行对Zn的吸附测试，本发明采用自上而下的设计策略，利用醋酸/过氧化氢法将天然木材进行脱木素处理，随后采用TEMPO氧化法对脱木素木材气凝胶进行原位氧化，之后再用EDC/NHS对羧基进行活化，从而将聚乙烯亚胺接枝到羧基化木材气凝胶上得到一种新型氨基化木材气凝胶，本发明制备氨基化木材气凝胶保持了木材孔道结构、规整的、具有丰富活性官能团的、可对工业废水中重金属离子进行吸附。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种用于吸附水中重金属的氨基化木材气凝胶的制备方法及应用。

背景技术

目前，由重金属离子引起的水体污染已经成为一个全球性的难题，重金属离子不仅污染海水、江河等地表水，也会污染地下水，对生态系统中的生物群和环境构成严重威胁。

为了解决重金属离子对水资源的污染问题，常用的方法有化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法、离子交换法、膜分离法、电化学法、生物法、吸附法等；其中吸附法因具有操作简便、处理效率高、吸附剂易再生、且不会对环境造成二次污染等特点，被认为是最有前途的方法之一。大部分工业吸附剂如活性炭、离子交换树脂等的价格昂贵，在一定程度上制约了吸附法在污水治理事业中的应用。因此，寻求一种来源广泛、廉价易得、同时吸附性能优良的吸附材料对资源合理应用和污水治理都非常重要。

然而，吸附材料的制备通常采用自下而上的策略，如纤维素、木质素、壳聚糖、氧化石墨烯、MOFs等，该制备工艺复杂，成本高，吸附重金属后难以回收。木材是一种由纤维素、半纤维素和木质素构成的天然高分子多孔材料，可以在不分离单元结构的情况下，通过自上而下的方法直接改性来制备木材功能材料，它所特有的孔道结构极有利于流体传输和吸附流体中的微小颗粒，加之其绿色环保、密度低、强度高、可再生等特点，在废水处理领域潜力巨大；同时木材表面的大量官能团例如羟基、羧基等也会吸附重金属离子。但是天然木材对重金属的吸附量较低，需要对其进行进一步改性，以提高其对重金属离子的吸附能力。

发明内容

基于上述技术问题，本发明旨在提供一种用于吸附水中重金属的氨基化木材气凝胶的制备方法及应用，以克服现有技术的不足，本发明利用醋酸/过氧化氢法将天然木材进行脱木素处理，随后采用TEMPO氧化法对脱木素木材气凝胶进行原位氧化，使纤维素C6位置的羟基被原位氧化为羧基得到羧基化木材气凝胶，之后再用EDC/NHS对羧基进行活化，使纤维素上的羧基与聚乙烯亚胺上的氨基反应生成酰胺键，从而将聚乙烯亚胺接枝到羧基化木材气凝胶上得到一种新型氨基化木材气凝胶木基吸附剂；进一步的，对这种新型木基吸附剂对Zn(Ⅱ)的吸附性能和吸附机理进行了研究，具体技术方案如下：

一种用于吸附水中重金属的氨基化木材气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

S1、脱木素木材气凝胶的制备，采用CH₃COOH/H₂O₂法，将杨木木块中的木质素和半纤维素进行脱除，以释放木材孔道，获得一种保留木材孔道结构的杨木脱木素木材气凝胶。应用XRD、FTIR、EDX和SEM等技术对其进行表征分析，了解脱木素木材气凝胶的化学结构和微观形貌，具体步骤如下：

(a)、将尺寸为1-2cm×1-2cm×1-2cm的杨木木块，放入300-500mLCH₃COOH与H₂O₂的混合溶液中，使溶液没过木块，在真空干燥箱中浸渍至所有木块都沉在杯子底部，放置过夜；

(b)、将浸渍好的木块，放置在1000mL的三颈烧瓶中，再加入300-500mLCH₃COOH与H₂O₂的混合溶液，在80-100^oC条件下煮沸5-10h，脱木素反应后，将木块小心地转移到去离子水洗至中性，除去大部分残留的化学试剂后将木块转移至冷冻干燥机中冷冻干燥，获得脱木素木材气凝胶；