[发明专利]一种3D磁性纳晶纤维素纺丝材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种3D磁性纳晶纤维素纺丝材料及其制备方法和用途，该3D磁性纳晶纤维素纺丝材料包括作为吸附材料的磁性纳晶纤维素和作为基质材料的海藻酸钠。该制备方法包括步骤：(1)将FeCl₃溶液和FeCl₂溶液加入到纳晶纤维素与水的混合物中，混合均匀后通入氮气10‑30min，用碱调节反应混合液pH值为9‑10，制得含有磁性纳米纤维素的混合液；(2)将含有磁性纳米纤维素的混合液与海藻酸钠溶液搅拌混合，再加入CaCl₂溶液，交联10‑30min，制得低粘度水凝胶；(3)将低粘度水凝胶静电纺丝并干燥备用。该3D磁性纳晶纤维素纺丝材料对重金属吸收效果好、可循环利用和制备方法简单。

技术领域

本发明涉及一种金属吸附材料，更具体地说涉及一种3D磁性纳晶纤维素纺丝材料及其制备方法及其用途。

背景技术

重金属经生物链在生物体内富集，对人类健康带来潜在危害。国家规定饮用水中砷、镉、铅和汞的限量标准分别为0.01、0.005、0.01和0.001mg/L。吸附重金属的方法主要有混凝沉淀法、吸附法、氧化法、离子交换法、膜分离法、生物方法和光化学技术等。物理方法主要包括活性炭吸附、电极法、电磁法、浸泡法和功能性纸张脱除法等，其存在吸附效率低、仪器较笨重和不能吸附多种重金属等显著缺点。化学方法包括沉淀法、无机酸和有机酸脱除法、萃取法、离子交换法和离子交联法等，但其存在有毒、吸附过程繁琐、环境污染和不能重复利用等缺陷。生物法如生物絮凝法、生物吸附法和植物整治法等，但该方法存在吸附效率低、治理周期长和治理成本昂贵等缺点。因此开发廉价、高效、环保和节能的重金属吸附材料对环境保护有重要的意义。

纳晶纤维素(CNC)具有来源广、尺寸小、比表面积大、成本低、无毒、生物可降解和和相容性好等优点，已广泛用于污水中的重金属吸附。然而单一CNC吸附重金属能力有限，需要改性以提高重金属的吸附能力。经专利局查询中国专利公开号：CN108421534A公开了一种壳聚糖凝胶材料及其制备方法、废水处理方法和应用；中国专利公开号：CN106268679A公开了一种壳聚糖纳米纤维素基复合球状吸附材料的制备方法；中国专利公开号：CN109749750A公开了一种土壤重金属污染修复剂及其制备方法；中国专利公开号：CN105195111A公开了聚乙烯亚胺改性壳聚糖包裹磁性纳米纤维素吸附剂的制备方法及其产品。中国专利公开号：CN110302742A，公开了一种选择性吸附重金属的纳米材料的制备及应用方法。现有技术中公开的这些重金属吸附材料基本成颗粒或粉末状，加入含有重金属的污水中以后，基本上无法回收，或者回收再利用成本高，效果也不好。本发明提及的3D磁性纳晶纤维素纺丝材料制备过程简单、可批量生产和可重复使用。由于安全性较高，可应用于食品中的重金属的吸附。现有技术中还未见相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明一方面提供一种3D磁性纳晶纤维素纺丝材料，该3D磁性纳晶纤维素材料包括作为吸附材料的磁性纳晶纤维素和作为基质材料的海藻酸钠。不但对重金属的吸附效果好，而且比表面积大、孔隙率高并且可循环利用。

本发明的3D磁性纳晶纤维素纺丝材料的纺丝长度可以为50-300nm、直径可以为3-15μm。

本发明另一方面提供一种3D磁性纳晶纤维素纺丝材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备磁性纳晶纤维素分散液：将FeCl₃溶液和FeCl₂溶液加入到纳晶纤维素与水的混合物中，混合均匀，搅拌下，通入氮气10-30min后，用碱调节反应混合液pH值为9-10，制得含有磁性纳米纤维素的混合液。

(2)制备低粘度水凝胶：将步骤(1)制得的含有磁性纳米纤维素的混合液与海藻酸钠溶液搅拌混合，再加入CaCl₂溶液，室温交联10-30min，制得低粘度水凝胶。

(3)静电纺丝：将步骤(2)制得的低粘度水凝胶静电纺丝，并干燥即得3D磁性纳晶纤维素纺丝材料。