一種改性竹原纖維材料的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環保材料領域，具體涉及一種改性竹原纖維材料的制備方法及其應 用。
【背景技術】
[0002] 作為竹類植物的起源地和分布中心之一，我國擁有最豐富的竹資源，有"竹子王 國"之稱。竹子作為一種可再生資源和生物質原料，有望為改善資源短缺、環境污染等問題 做出貢獻。采用物理方法制備得到的無毒、無害、無污染的天然纖維素纖維稱為竹原纖維， 其基本保留了竹纖維的天然優越性能，具有優異的吸濕放濕性能，能夠抗菌和抗紫外線。
[0003] 作為一種環境友好的生物質纖維素纖維，竹原纖維的氧化有著重要的意義;氧化 后的纖維素因具有優良的生物相容性、生物可降解性、環境友好性等被廣泛地應用。利用高 碘酸鈉氧化微晶纖維素制備的氧化纖維素，對尿素氮有很好的吸附作用;氧化纖維素的醛 基與木瓜蛋白酶的氨基之間的共價作用形成固定化酶，可以增強酶的熱穩定性和耐酸性； 與未復合的聚丙稀相比，二醛淀粉與聚丙稀復合制備的殺菌過濾材料對空氣傳播細菌的過 濾性能更好，細菌的存活率更低；由于二醛纖維素與膠原纖維之間形成交聯，使得膠原質的 熱穩性和酶穩性顯著提高，用于膠原質的固化。氧化后的竹原纖維化學性質活潑，可以與胺 類化合物進行接枝反應進行改性，改性后的竹原纖維對水體甲醛有一定的吸附作用。
[0004] 竹原纖維的主要成分為:纖維素、木質素及戊聚糖;改性過程中發生反應的主要是 纖維素，反應方程式如下：
[0007] 作為有潛力的生物質材料，目前只有竹原纖維在復合材料方面的少量研究，對竹 原纖維改性性能方面未有報道。
【發明內容】
[0008] 針對上述問題，本發明提供一種改性竹原纖維材料的制備方法，該方法利用氧化、 胺化的方法對竹原纖維進行改性，工藝簡單，原料低廉，改性后的竹原纖維對甲醛有較好的 吸附效果。
[0009] 為達到上述目的，本發明的一種改性竹原纖維材料的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟a:利用強氧化劑使得竹原纖維發生氧化反應，得到二醛竹原纖維；
[0011]步驟b:利用乙二胺與二醛竹原纖維反應，得到接枝后的竹原纖維，即改性竹原纖 維材料。
[0012] 優選地，步驟a中，所述的強氧化劑為高碘酸鹽或高錳酸鉀，所述強氧化劑濃度10 ~70g/L，pH為2~6,竹原纖維與強氧化劑溶液的料液比為15~30g/L，反應溫度30~50°C， 攪拌反應1~5h，得到二醛竹原纖維。
[0013] 更優選地，所述步驟a中，所述的強氧化劑濃度60g/L，pH為3,竹原纖維與強氧化劑 溶液的料液比為15~30g/L，反應溫度40°C，反應時間4h。
[0014] 作為優選的實施方案，所述步驟a中，在與強氧化劑作用前對竹原纖維進行超聲堿 化預處理，具體實施步驟為:配制質量分數為5 %~30 %的氫氧化鈉溶液，將竹原纖維置于 氫氧化鈉溶液中，竹原纖維與氫氧化鈉溶液的質量比為4:80~100,超聲10~50min后洗滌 至中性，在50°C烘箱中干燥至恒重，得到。優選地，預處理條件為:氫氧化鈉質量分數25%， 超聲時間40min。
[0015] 優選地，步驟b中，乙二胺濃度為5~25g/L，pH6~10,二醛竹原纖維與乙二胺溶液 的料液比為15~30g/L，反應溫度30-70°C，乙二胺溶液攪拌條件下反應l_6h，得到胺化后的 竹原纖維，即改性竹原纖維材料。
[0016] 更優選地，步驟b中，乙二胺濃度25g/L，二醛竹原纖維與乙二胺溶液的料液比為15 ~30g/L，反應溫度50°C，反應時間5h。
[0017]通過上述方法制備得到的改性竹原纖維材料同樣在本發明的保護范圍之內。
[0018] 本發明進一步提出了通過上述的制備方法制備得到的改性竹原纖維材料在吸附 甲醛上的應用。
[0019] 具體地，在應用時，將所述的改性竹原纖維材料放置于含有甲醛的溶液中吸附即 可。
[0020] 為了提高吸附效果，在吸附時，調節溶液pH至3~7,吸附時間為5~6h。優選地，調 節體系pH在4左右，吸附5h能得到較好的吸附效果。
[0021 ]與現有技術相比，本發明有以下優點：
[0022] (1)創新性地使用竹原纖維作為改性材料，原料豐富，環境友好。
[0023] (2)改性工藝簡單，成本低廉，改性后的竹原纖維對甲醛有一定的吸附性，甲醛初 始濃度越大，單位吸附量越大，最佳吸附條件為PH4，在甲醛濃度為80mg/L時吸附量達到 4.5mg/g〇
【附圖說明】
[0024]圖1為氧化工藝前后的紅外圖；
[0025] 圖2為胺化反應前后的紅外圖；
[0026] 圖3為改性前后竹原纖維的甲醛單位吸附量示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下參照具體的實施例來說明本發明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅 用于說明本發明，其不以任何方式限制本發明的范圍。
[0028] 下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的試 劑材料等，如無特殊說明，均為市售購買產品。
[0029] 實施例1竹原纖維預處理
[0030] 稱取4g竹原纖維置于100g質量分數為15%的氫氧化鈉溶液中，超聲處理30min，洗 滌至中性后在50°C烘箱中干燥至恒重，在高碘酸鈉濃度為20g/L，反應溫度40°C，pH3條件下 反應4h，測定醛基含量為1.67mmol/g。
[0031] 實施例2竹原纖維預處理。
[0032]本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于:氫氧化鈉溶液質量分數為20%，超 聲時間為40min，氧化反應條件相同，測定醛基含量為1.90mmol/g。
[0033] 實施例3竹原纖維預處理。
[0034]本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于:氫氧化鈉溶液質量分數為25%，氧 化反應條件相同，測定醛基含量為2.10mmol/g。
[0035] 實施例4竹原纖維預處理。
[0036]本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于:超聲時間為50min，氧化反應條件相 同，測定醛基含量為1.63mmol/g。
[0037] 實施例5竹原纖維預處理。
[0038]本實施例與實施例1方法基本相同，不同之處在于：氫氧化鈉溶液質量分數為 30%，超聲時間為40min，氧化反應條件相同，測定醛基含量為1.85mmol/g。
[0039] 實施例6竹原纖維氧化。
[0040] 稱取預處理后的竹原纖維2g，稱取60g高碘酸鈉定容于100mL容量瓶中，調整溶液 pH為3，在35 °C的搖床內反應3h，反應結束后洗滌抽濾至濾液不使淀粉碘化鉀變色，在50 °C 烘箱中干燥至恒重，測定醛基含量為2.3 lmmol/g。
[0041] 實施例7竹原纖維氧化。
[0042]本實施例與實施例6方法基本相同，不同之處在于：搖床反應溫度40°C，反應時間 411，測定醛基含量為3.361111]1〇1/^。
[0043] 實施例8竹原纖維氧化。
[0044] 本實施例與實施例6方法基本相同，不同之處在于:高碘酸鈉質量為70g，反應時間 為5h，測定醛基含量為3.02mmol/g。
[0045] 實施例9竹原纖維氧化。
[0046]本實施例與實施6方法基本相同，不同之處在于:搖床反應溫度45°C，反應時間4h， pH4，測定醛基含量為2 · 67mmol/g。
[0047] 實施例10竹原纖維氧化。
[0048]本實施例與實施例6方法基本相同，不同之處在于：高碘酸鈉質量70g，反應時間 4h，測定醛基含量為2.38mmol/g。
[0049] 實施例11竹原纖維氧化。
[0050] 本實施例與實