一種纖維素多孔吸附材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維素多孔吸附材料的制備新方法，該方法將纖維素原料溶解在NaOH/尿素/H2O溶劑體系中，形成纖維素溶液，再與二縮水甘油醚發(fā)生交聯(lián)反應，經(jīng)水洗純化后干燥處理得到纖維素多孔吸附材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法的突出優(yōu)點包括：在強堿體系中交聯(lián)，制得了穩(wěn)定性好、彈性好、表面平整、完整度高、密度低、比表面積大、吸水性能高的纖維素多孔材料。
【專利說明】一種纖維素多孔吸附材料的制備方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料的合成領域，具體涉及一種纖維素多孔吸附材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高分子多孔吸附材料，具有良好的吸附性能，在諸多領域中得到廣泛應用。傳統(tǒng)的 高分子吸附材料的化學組成為聚氨酯、聚苯乙烯等石化產(chǎn)品。隨著石化資源在地球上的儲 量日益減少，人類對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識的提高，以可再生的生物質(zhì)資源為原料，安 全、高效的生產(chǎn)生物質(zhì)基多孔吸附材料成為研究熱點。
[0003] 纖維素是世界上最豐富的生物質(zhì)資源之一，且具有良好的物理化學性能，廢棄后 可降解，利用纖維素替代傳統(tǒng)的石化產(chǎn)品來生產(chǎn)新型材料已受到重視。然而，纖維素存在結(jié) 晶區(qū)，這使得纖維素很難溶于一般的有機溶劑，阻礙了其潛在的應用研究。將纖維素溶解在 特定的溶劑中，可以改變纖維素分子原有的聚集形態(tài)，提高纖維素反應的可及度，使纖維素 易于化學改性，制備新型纖維素材料。
[0004] 纖維素的常用溶劑有銅氨溶液、N-甲基嗎啉-N-氧化物、氯化鋰/二甲基乙酰胺 體系、離子液體等，這些溶劑存在各自的優(yōu)缺點。氫氧化鈉/尿素/水溶劑體系是近年來開 發(fā)的一種較為綠色溶解纖維素的新方法（專利CN101037479B)，在溶液體系中氫氧化鈉與 纖維素反應生成堿纖維素，從而進一步溶解在氫氧化鈉/尿素/水溶劑體系中。采用氫氧 化鈉/尿素/水溶劑體系，專利CN102875836B公開了一種纖維素泡沫的制備方法，該方法 將纖維素溶于氫氧化鈉/尿素/水溶劑體系，將制備的纖維素溶液置于模具中，經(jīng)再生、凍 干處理，獲得了 一系列密度為0. 129?0. 387g/cm3,平均孔徑為78?3600nm的纖維素泡 沫材料；專利CN102504327B公開了一種利用劍麻廢棄物麻糠和麻頭廢棄物為原料制備纖 維素海綿的方法，將纖維素原料溶于氫氧化鈉/尿素/水溶劑體系中，以硫酸鈉為成孔劑， 在硫酸和硫酸鈉混合浴中再生，制備纖維素海綿。上述纖維素泡沫材料都是利用破壞纖維 素、氫氧化鈉和尿素三者形成的包合物，使纖維素分子之間二次形成氫鍵，通過分子間氫鍵 和分子間作用力二次堆積成纖維素多孔材料，存在穩(wěn)定性差、質(zhì)硬等缺陷，且在制備過程中 還需用到成孔劑等助劑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中纖維素泡沫材料質(zhì)硬、穩(wěn)定性差、制備復雜等缺陷，本發(fā)明提 供一種纖維素多孔吸附材料的制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種纖維素多孔吸附材料的制備方法，包括順序相接的如下步驟：
[0008] (1)、將纖維素原料溶解在NaOH/尿素/H20溶劑體系中，制備質(zhì)量百分比濃度為 3 %?12 %纖維素溶液；
[0009] (2)、將步驟（1)所得的纖維素溶液中加入二縮水甘油醚，在0?80°C反應溫度條 件下反應〇. 1?20h，得到纖維素交聯(lián)產(chǎn)物；
[0010] (3)、將步驟（2)所得的纖維素交聯(lián)產(chǎn)物在稀酸溶液中再生，得到纖維素水凝膠；
[0011] (4)、將步驟（3)所得的纖維素水凝膠以去離子水洗滌純化，調(diào)節(jié)成質(zhì)量濃度為 0. 5%?3. 5%的水凝膠后，經(jīng)干燥處理得到纖維素多孔吸附材料。
[0012] 申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在纖維素溶液中加入交聯(lián)劑，通過化學反應使纖維素分子間 發(fā)生交聯(lián)作用形成纖維素凝膠，不僅可以提高纖維素分子聚集體的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，還能 夠通過交聯(lián)劑引入柔性或剛性基團，改善纖維素多孔材料的性能；本申請打破了傳統(tǒng)思維， 在強堿體系中交聯(lián)，制得了穩(wěn)定性好、彈性好、表面平整、完整度高、密度低、比表面積大、吸 水性能高的纖維素多孔材料。
[0013] 本申請反應機理如下：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：包括順序相接的如下步驟： (1) 、將纖維素原料溶解在NaOH/尿素/H20溶劑體系中，制備質(zhì)量百分比濃度為3%? 12 %纖維素溶液； (2) 、將步驟（1)所得的纖維素溶液中加入二縮水甘油醚，在0?80°C反應溫度條件下 反應0. 1?20h，得到纖維素交聯(lián)產(chǎn)物； (3) 、將步驟（2)所得的纖維素交聯(lián)產(chǎn)物在稀酸溶液中再生，得到纖維素水凝膠； (4) 、將步驟（3)所得的纖維素水凝膠以去離子水洗滌純化，調(diào)節(jié)成質(zhì)量濃度為 0. 5%?3. 5%的水凝膠后，經(jīng)干燥處理得到纖維素多孔吸附材料。
2. 如權(quán)利要求書1所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（1)中 所述的纖維素原料為木材、棉花、棉短絨、麥草、稻草、蘆葦、麻或桑皮的纖維素中的一種或 兩種以上任意比混合物；所述纖維素聚合度DP的范圍為100?2000。
3. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（2) 中所述的二縮水甘油醚為乙二醇二縮水甘油醚、1，4- 丁二醇二縮水甘油醚、1，6-己二醇二 縮水甘油醚、聚乙二醇二環(huán)氧乙烷甲基醚、新戊二醇二縮水甘油醚或1，3-苯二酚二縮水甘 油醚中的一種或兩種以上任意比例混合物。
4. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（2) 中所述的二縮水甘油醚的質(zhì)量用量為纖維素原料質(zhì)量的1?20倍。
5. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（3) 中所述的稀酸溶液為硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸或乙酸稀溶液的一種或兩種以上任意比例的混 合溶液；其中，稀酸的濃度為〇?lmol/L。
6. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（3) 中所述的再生的溫度為20?70°C，再生時間為20?90min。
7. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟（4) 中所述的干燥為冷凍干燥或超臨界C02干燥。
8. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：所述纖 維素吸附材料的密度為〇. 0139?0. 105g/cm3,比表面積為100?280m2/g，平均孔徑為8? 60nm，吸水倍數(shù)為20?50倍。
9. 如權(quán)利要求書1或2所述的纖維素多孔吸附材料的制備方法，其特征在于：步驟 (1)中NaOH/尿素/H20溶劑體系中，NaOH/尿素/H20三種物質(zhì)的質(zhì)量比為（6?11% ): (7?14% ) :(78?85% )，纖維素原料溶解之前先將NaOH/尿素/H20溶劑體系預冷 至-6?-14°C，纖維素原料的溶解時間為0. 5?3h。
【文檔編號】B01J20/30GK104387609SQ201410664910
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】劉鶴, 黃旭娟, 王愛婷, 商士斌, 宋杰 申請人:中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所