[发明专利]一种混酸交替水解制备超支化纤维素钠米晶絮凝材料的方法

说明书

本发明涉及了一种混酸交替水解制备超支化纤维素钠米晶絮凝材料的方法，包括：以生物质纤维素作为原料，采用混酸交替水解工艺，制备出表面多羧基的超支化纤维素纳米晶。具体实施步骤：首先通过混酸水解纤维素原料制备纤维素纳米晶材料，再通过不同混酸交替水解最后制得表面多羧基的超支化纤维素纳米晶材料。本发明制备过程简单廉价、环境相容性好，所得的表面多羧基的超支化纤维素纳米晶材料，具有高效的吸附性能、可回收多次利用，在工业废水处理领域具有广泛应用。

技术领域

本发明属于超支化纳米纤维的制备领域，尤其是涉及了一种混酸交替水解制备超支化纤维素钠米晶絮凝材料的方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，社会经济迅猛发展，人们生活水平日益提高，每年都会向环境中排放大量的废水，造成了严重的水污染，用水危机进一步加深，对环境、社会造成了严重的影响。染料废水等有机污染物给人们的生活及其身体健康带来极大危害，例如人如果长期饮用被有机污染物污染的水源能引起慢性中毒，出现恶心、呕吐以及记忆力衰退、精神错乱等症状，严重的会导致死亡。有效的治理废水和控制水污染是水污染治理的重要手段。

目前主要的治理污水的途径包括使用吸附剂对污染物进行吸附，用絮凝剂进行凝聚，利用微生物的代谢作用降解水中的污染物等。但这些途径存在运行费用高、去污不彻底、使用范围窄、回收困难等缺点，使得开发一种运行费用低、绿色环保且去污能力强的水污染处理方法变得越来越重要。

随后，研究发现纤维素易酸解提取出纤维素纳米晶，并且其比表面积大、表面基团丰富且易调控、生物可降解性等特性使得纤维素纳米晶作为絮凝材料成为了可能，并从众多吸附材料中脱颖而出，在染料废水等水污染处理上发挥了及其重要的作用。纤维素纳米晶作为一种生物絮凝材料，吸附性能好，并且制作工艺绿色无公害，吸附以后可生物降解，不会对环境造成二次污染。

为了增强纤维素絮凝材料的吸附能力，等人率先制备出了双羧基纤维素纳米晶，并对其对市政废水絮凝处理进行了应用评估(T,LiimatainenH,HormOJ.Coagulation–flocculation treatment of municipal wastewaterbased on anionized nanocelluloses[J].Chemical Engineering Journal.2013,231:59-67)。研究结果表明：当纳米级DCC用量为25mg/L时，污水浊度减少40-80％，絮凝效果显著。但发现纳米级DCC含量增加，污水絮凝效果增加不明显，这是由于高碘酸钠氧化法，只能伴随着糖苷环的断裂，产生双羧基，因而表面基团仍然有限；过度的氧化，会对纤维素的刚性结构造成了破坏，产品产率显著降低，不利于工业化生产。

随后，研究者尝试了表面带有磷酸根的纤维素纳米晶的研制及其在重金属污染物处理领域的应用。研究发现：纤维素纳米晶表面磷酸根基团增加了纤维素对于重金属污染物的吸附速度和吸附容量。研究表明相比较于硫酸化纤维素和羧基化纤维素，磷酸化纤维素对于重金属有着更好的吸附能力，这是由于其表面带有阴离子的电负性较大。然而，由于纤维素表面基团比较有限，使得磷酸化纤维素表面基团含量少，吸附性能有待于提高(LiuP,Borrell PF,Bozic M,Kokol V,Oksman K,Mathew AP.Nanocelluloses and theirphosphorylated derivatives for selective adsorption of Ag(⁺),Cu(²⁺)and Fe(³⁺)from industrial effluents[J].Journal of Hazardous Materials.2015,294:177-185)。因此，开发出表面带有丰富阴离子或多支化的纤维素纳米晶絮凝材料成为当前工业废水处理的一大挑战。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种制备过程简单快捷、易于控制、可操作性强、吸附性能好的混酸交替水解制备超支化纤维素钠米晶絮凝材料的方法。