一種改性纖維素重金屬吸附劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種重金屬吸附劑的制備方法，具體涉及一種改性纖維素重金屬吸附劑的制備方法，屬于材料改性加工領域。
【背景技術】
[0002]隨著中國工業化的不斷加速，涉及重金屬排放的行業越來越多，包括礦山開采、金屬冶煉、化工、印染、皮革、農藥、飼料等，再加上一些污染企業的違法開采、超標排污等問題突出，使重金屬污染事件出現高發態勢。工業廢水的不合理排放造成的水體污染一直都是一個嚴重的環境問題，重金屬離子在低濃度時即有很高的毒性，能在生物有機體中累積，引起一系列失調和疾病。因此，從工業廢水中分離移除重金屬離子對于環境保護和人類健康有著至關重要的作用。目前，用于重金屬處理的方法主要有化學沉淀法、活性炭吸附法、離子交換法等。化學沉淀法主要使用石灰石類堿性物質，使重金屬離子產生沉淀分離出來，但從水體分離出來的重金屬離子又沉淀到河底的淤泥中，依然對環境和生物體造成危害；活性炭吸附法和離子交換法可以很好的從水體中分離出重金屬，但其成本太高，應用也受到限制。近年來，利用天然高分子材料作為重金屬吸附劑分離重金屬受到越來越多研究人員的關注，其中資源豐富、價廉、易得的天然纖維素為基體的吸附材料備受關注。
[0003]纖維素作為天然可再生的、環境友好無污染的、地球上最豐富的一種資源，為人類社會的發展起到了重要的作用。纖維素全球年產量超過1000億噸，但目前被人類利用的纖維素，占地球上總纖維素的比例不到10%，絕大多數的纖維素資源未被利用或未被充分利用，如各種植物秸桿、木材的焚燒，大量破舊衣物的廢棄等，不僅污染了環境，更造成了資源的巨大浪費。因此，對纖維素資源及其衍生物產品的研究、開發利用，具有重要的現實意義。
[0004]纖維素分子中含有大量的極性基團一一羥基，且天然纖維素纖維具有比表面積大、多微孔結構，具有很好的重金屬吸附潛力。改性纖維素重金屬吸附劑即通過堿化活化、氧化、交聯和接枝共聚中的一種或多種反應對纖維素進行改性，而得到的具有豐富氨基官能團的、可用于水體重金屬吸附的改性纖維素。通過對纖維素大分子中羥基的改性，引入具有良好重金屬吸附性能的官能團，使其具有更高的重金屬吸附能力。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種方法簡單、成本低廉且吸附效果優異的改性纖維素重金屬吸附劑的制備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:一種改性纖維素重金屬吸附劑的制備方法，包括如下步驟:步驟一，堿化纖維素制取；步驟二，氧化纖維素制取；步驟三，多氨基改性纖維素制備；
[0007]其中在步驟一中，將纖維素置于質量濃度為0.5%?3%的氫氧化鈉溶液中，浴比1:20?1:60，煮沸30min?120min后，擠干后置于質量濃度為10%?30%的氫氧化鈉溶液中，浴比1:20?1:60，溫度0°C?20°C下靜置處理30min?180min，取出洗凈、烘干，得到堿化纖維素。
[0008]其中在步驟二中，將步驟一中得到的堿化纖維素置于質量濃度為0.2 %?3 %的高碘酸鈉溶液中，浴比1:20?1:60，溫度40°C?90°C下避光振蕩反應30min?240min，取出洗凈、晾干，得到選擇性氧化纖維素。
[0009]其中在步驟三中，將上述氧化纖維素按浴比1:20?1:60，加入到去離子水中，按氧化纖維素和戊二醛1:0.5?1:5的質量比，將戊二醛溶液滴加至上述混合體系中，60°C?100°C攪拌30min?60min。取質量比濃度為10%的多氨基化合物溶液，按氧化纖維素和多氨基化合物溶液1:2?1:10的質量比，加入到上述混合體系中，60°C?100°C繼續攪拌反應30min?240min，過濾取出反應產物，用去離子水充分洗滌，60°C?90°C下烘干至恒重，得到多氨基改性纖維素。
[0010]優選的，所述的步驟一中的纖維素選自天然纖維素類纖維及制品、纖維素類植物或材料。
[0011]進一步的，前述天然纖維素纖維及制品為棉、麻及各種天然韌皮纖維，前述纖維素類植物或材料為各種植物秸桿或木材、微晶纖維素。
[0012]進一步的，所述步驟三中的多氨基化合物為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺及其合成的多氨基超支化聚合物、多氨基樹形聚合物。
[0013]進一步的，前述反應介質為去離子水、甲醇、乙醇、丙醇中的一種或多種。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0015](I)以纖維素為主要原料，制備改性纖維素重金屬吸附劑，原料廉價易得，具備可再生性、可降解性、高效吸附性，安全環保，無二次污染，并使未被充分利用或廢棄的資源得以有效利用；
[0016](2)通過三步法即可實現纖維素的氨基化改性，工藝簡單，操作方便，適合規模化生產，有很好的工業化推廣前景；
[0017](3)制備得到的多氨基改性纖維素親水性好，材料輕便并含大量微孔，對重金屬離子的吸附能力強，能夠有效凈化重金屬污染的水體。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的實施例1所得氧化棉纖維與多氨基改性棉纖維的紅外光譜對照圖；
[0019]圖2是本發明的實施例1所采用的原棉纖維的掃描電鏡圖；
[0020]圖3是本發明的實施例1所得氧化棉纖維的掃描電鏡圖；
[0021]圖4是本發明的實施例1所得多氨基改性棉纖維的掃描電鏡圖；
[0022]圖5是本發明的實施例1所得多氨基改性棉纖維對Cu'Cr6+的靜態吸附動力學曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0024]請參閱圖1?5，本發明中，纖維素大分子中含有大量的羥基，每個纖維素葡萄糖環的C2、C3和C6位上分別有一個羥基，其中C2、C3位上的是仲羥基，C6位上的是伯羥基。通過化學改性、接枝等反應在羥基部位引入具有螯合性質的化學功能團，生成具有較強重金屬吸附能力的重金屬吸附劑。將纖維素經氫氧化鈉堿化、經高碘酸鈉選擇性氧化后，利用戊二醛作為交聯劑，將多氨基化合物(如二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺及其合成的多氨基超支化聚合物、多氨基樹形聚合物等)與纖維素接枝交聯，將多氨基化合物引入到纖維素的化學結構中，增強纖維素對重金屬的吸附能力。
[0025]具體工藝步驟是:
[0026](I)將纖維素置于質量濃度為0.5%?3%的氫氧化鈉溶液中，浴比1:20?1:60，煮沸30min?120min后，擠干后置于質量濃度為10 %?30 %的氫氧化鈉溶液中，浴比1:20?1:60，溫度0°C?20°C下靜置處理30min?180min，取出洗凈、烘干，得到堿化纖維素。
[0027](2)將⑴所得堿化纖維素置于質量濃度為0.2%?3%的高碘酸鈉溶液中，浴比1:20?1:60，溫度40 °C?90 °C下避光振蕩反應30min?240min，取出洗凈、瞭干，得到選擇性氧化纖維素。
[0028](3)將(2)所得氧化纖維素按浴比1:20?1:60，加入到去離子水中，按氧化纖維素和戊二醛1:0.5?1:5的質量比，將戊二醛溶液滴加至上述混合體系中，60°C?100°C攪拌30min?60min。取質量比濃度為10%的多氨基化合物溶液，按氧化纖維素和多氨基化合物溶液1:2?1:10的質量比，加入到上述混合體系中，60°C?100°C繼續攪拌反應30min?240min，過濾取出反應產物，用去離子水充分洗滌，60 °C?90 °C下烘干至恒重，得到多氨基改性纖維素。
[0029]實施例1.
[0030]稱取棉纖維10g，置于500ml質量濃度為2%的氫氧化鈉溶液中，煮沸90min，冷卻后取出擠干，再置于300ml質量濃度為18%的氫氧化鈉溶液中，18°C下靜置處理120min，取出洗滌，烘干，得到堿化棉纖維。稱取堿化棉纖維5g，置于150ml質量濃度為2%的高碘酸鈉溶液中，700C下避光振蕩反應60min，取出洗凈、晾干，得到選擇性氧化棉纖維。在裝有30mL蒸餾水的三口燒瓶中加入Ig氧化棉纖維，機械攪拌均勻，升溫至70°C ;另取2.5ml戊二醛與20mL蒸餾水混溶，滴加入氧化棉纖維所在的溶液中，保溫反應0.5h。然后，滴加1ml質量濃度為10%的多氨基超支化聚合物水溶液，70°C下反應240min，得到多氨基超支化聚合物改性的棉纖維。過濾，洗滌，烘