[发明专利]双功能改性玉米秸秆纤维素吸附剂、控制合成方法及应用

说明书

本发明涉及农业废弃物的资源化利用与环境保护技术领域，具体公开了一种伯/仲氨基与含硫基团的双功能改性玉米秸秆纤维素吸附剂、控制合成方法及应用。本发明的关键是在已有氨基改性的玉米秸秆纤维素上进一步通过有效的控制合成手段，仅在纤维素表面的伯氨基上引入适量的CS₂形成二硫代氨基甲酸盐(DTC)结构，从而保证改性后的玉米秸秆纤维素既含对Pb²⁺具有强力螯合作用的含硫基团，又含足量的伯/仲氨基用于Cu²⁺捕集吸附，实现对废水中混合铅、铜离子的高效去除，适当操作条件下混合Cu²⁺和Pb²⁺的去除率快速可达99.6%以上且可再生重复利用。本发明具有原料廉价易得、可降解、低毒、绿色环保等特点，拓宽了玉米秸秆的应用领域，有助于实现农业废弃物的资源化高效利用。

技术领域

本发明属于农业废弃物的资源化利用与环境保护技术领域，具体涉及一种双功能改性玉米秸秆纤维素吸附剂、控制合成方法及应用。

背景技术

近几十年重金属离子废水造成的污染日益严峻，极大地威胁着生态安全和人体健康。为满足日趋严格的环境保护要求，实现可持续发展，如何绿色、经济、高效地处理重金属离子废水成为水处理领域重要的研究内容。当前重金属离子废水的处理方法众多，吸附法因操作简便、成本低廉、不易造成二次污染等特点，尤其适用于处理多种重金属离子共存的大规模工业废水。纵观已有的吸附材料合成方法，多利用重金属离子与功能基团形成稳定配位化合物的特点，将各种功能基团通过化学改性等手段固定在本身吸附能力较弱的基体材料上，以开发兼具优异捕集性能、良好力学性质和化学稳定性的重金属离子吸附材料。其中，天然高分子基体材料因来源广、价格低、可直接改性、无毒易降解、产生固废少等优点，倍受青睐。开发以天然高分子为基体的重金属离子吸附材料已成为当前吸附研究的热点。

玉米秸秆是我国三大主要农作物(玉米、小麦和水稻)秸秆之一，年产量巨大但资源化利用率低，绝大部分被野外弃置或焚烧，造成极大的资源浪费和环境污染。考虑到玉米秸秆中纤维素含量达到45％，是可再生资源，具有可降解、韧性好等优点。若以玉米秸秆中提取的纤维素为原料，经合理化学改性，在纤维素分子中引入适当种类和数量的功能基团，开发玉米秸秆纤维素基吸附材料，有望获得对水体重金属离子具有良好吸附性能的材料用于环境污染治理，从而实现“以废治废”，提高玉米秸秆的资源化利用率。

当前国内外对于天然高分子化合物如淀粉、壳聚糖、果壳纤维素等的改性研究居多，多集中于探讨单一功能基团(如氰基、巯基、氨基、硝酸酯基、硫酸酯基和黄原酸酯基等)的引入和对水中单一重金属离子吸附性能的影响。相较而言，在上述几种功能团中含硫的巯基和黄原酸酯基对多种单一重金属离子(特别是Pb²⁺)均表现出较强的螯合捕集能力，但巯基分子较小捕集能力有限、黄原酸酯基易水解释放出CS₂污染环境。因此，国内外研究者尝试将对重金属离子具有强力螯合作用的二硫代氨基甲酸盐基团(DTC基团，-NRCS₂^-或-NHCS₂^-)引入到高分子基体上(如介孔硅、淀粉等)，制备固态的重金属离子吸附剂，以克服DTC类液体捕集剂螯合重金属离子后难沉降分离、难回收再利用的缺陷，并已取得一些可喜成果。然而，DTC结构中既含有氨基又有含硫基团，在吸附重金属过程中两类基团究竟是单一的含硫基团或氨基在起螯合吸附作用，还是两类基团在起协同吸附作用，对各个重金属离子吸附机制是否相同，迄今鲜见相关研究。