一種改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種重金屬吸附材料的制備方法，具體涉及一種改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料的制備方法，屬于材料改性加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多引起重金屬污染的行業(yè)，如電鍍、金屬加工、印染、蓄電池、金屬冶煉、采礦等行業(yè)，都是重金屬污染的源頭。這些行業(yè)所產(chǎn)生的污水含有大量的重金屬，排入河流、湖泊等水體帶來了嚴(yán)重的重金屬污染。重金屬污染對(duì)人類的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，會(huì)引起一系列失調(diào)及疾病，如破壞兒童的神經(jīng)系統(tǒng)；損壞人體的肺、腎臟、肝臟、消化道等;致癌及人體畸變；引起腹絞痛、中毒性腦炎、神經(jīng)衰弱等。因此，從水體中移除重金屬就顯得十分重要。目前，用于重金屬處理的方法主要有化學(xué)沉淀法、活性炭吸附法、離子交換法、吸附法等。吸附法被看作是最有前途并被廣泛研究的一種方法。纖維素及其衍生物可以進(jìn)行靜電紡絲，制備納米纖維素纖維。靜電紡絲法制備的納米纖維，由于具有比表面積大、孔徑小、孔隙率高、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的吸附材料。將改性納米纖維素纖維應(yīng)用于重金屬吸附領(lǐng)域，對(duì)開拓纖維素的應(yīng)用，具有重要意義。
[0003]纖維素作為天然可再生的、環(huán)境友好無污染的、地球上最豐富的一種資源，為人類社會(huì)的發(fā)展起到了重要的作用。纖維素全球年產(chǎn)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(shù)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(huán)境，更造成了資源的巨大浪費(fèi)。因此，對(duì)纖維素資源及其衍生物產(chǎn)品的研究、開發(fā)利用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]纖維素及其衍生物大分子中含有大量的極性基團(tuán)，易于物理或化學(xué)修飾，且納米纖維素纖維具有比表面積大、多微孔結(jié)構(gòu)，具有很好的重金屬吸附潛力。改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料即通過高能粒子處理、交聯(lián)和接枝共聚中的一種或多種反應(yīng)對(duì)納米纖維素纖維進(jìn)行改性，而得到的具有豐富氨基官能團(tuán)的、可用于水體重金屬吸附的改性納米纖維素纖維。通過對(duì)纖維素大分子中活性官能團(tuán)的改性，引入具有良好重金屬吸附性能的官能團(tuán)，使其具有更高的重金屬吸附能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料的制備方法，它方法簡(jiǎn)單、吸附效果優(yōu)異。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)按納米纖維素纖維與去離子水1: 20?1:100的浴比，將去離子水加入三角燒瓶中，按納米纖維素纖維和25%的戊二醛水溶液1:2?1:10的質(zhì)量比，將戊二醛水溶液滴加至上述含去離子水的燒瓶中，60°C?100°C攪拌30min?60min，備用。
[0008](2)將納米纖維素纖維置于氬等離子體氣氛中，電壓220V?380V，等離子體處理時(shí)間1s?180s，得到氬等離子體改性納米纖維素纖維。
[0009](3)將氬等離子體改性納米纖維素纖維放入上述裝有混合液的三角燒瓶中，取質(zhì)量比濃度為10%的多氨基化合物水溶液，按納米纖維素纖維和多氨基化合物水溶液1:20?
I: 100的質(zhì)量比，加入到上述混合體系中，60°C?100°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)30min?240min，過濾取出反應(yīng)產(chǎn)物，用去離子水充分洗滌，60°C?90°C下烘干至恒重，得到多氨基化合物改性納米纖維素纖維。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案:前述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，以及纖維素的各種衍生物。
[0011 ]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案: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，前述纖維素的各種衍生物為纖維素發(fā)生酯化或醚化反應(yīng)后的生成物。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案:前述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]作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案:前述反應(yīng)介質(zhì)為去離子水、甲醇、乙醇、丙醇中的一種或多種。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015](I)以納米纖維素纖維為主要原料，制備改性納米纖維素纖維重金屬吸附材料，原料易于制備，具備可再生性、可降解性、高效吸附性，安全環(huán)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)通過兩步法即可實(shí)現(xiàn)納米纖維素纖維的氨基化改性，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適合規(guī)模化生產(chǎn)，有很好的工業(yè)化推廣前景；
[0017](3)制備得到的多氨基改性納米纖維素纖維親水性好，材料輕便并含大量微孔，對(duì)重金屬離子的吸附能力強(qiáng)，能夠有效凈化重金屬污染的水體。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1所得納米纖維素纖維與多氨基改性納米纖維素纖維的紅外光譜對(duì)照?qǐng)D；
[0019]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1所得納米纖維素纖維與多氨基改性納米纖維素纖維的X射線光電子能譜對(duì)照?qǐng)D；
[0020]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1所采用的納米纖維素纖維的掃描電鏡圖；
[0021]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1所得多氨基改性納米纖維素纖維的掃描電鏡圖；
[0022]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1所得納米纖維素纖維與多氨基改性納米纖維素纖維對(duì)Cu(n)、Cr(VI)吸附實(shí)物圖；
[0023]圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1所得納米纖維素纖維與多氨基改性納米纖維素纖維對(duì)Cu(n)、Cr(VI)吸附的吸附量比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]纖維素及其衍生物大分子中含有大量的活性官能團(tuán)，通過高能粒子改性、化學(xué)改性、接枝等反應(yīng)在活性官能團(tuán)部位引入對(duì)能與重金屬結(jié)合的化學(xué)基團(tuán)，生成具有較強(qiáng)重金屬吸附能力的重金屬吸附材料。將納米纖維素纖維經(jīng)氬等離子體處理后，利用戊二醛作為交聯(lián)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)與納米纖維素纖維接枝交聯(lián)，將多氨基化合物引入到納米纖維素纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)納米纖維素纖維對(duì)重金屬離子的吸附能力。
[0026]請(qǐng)參閱圖1?6，本發(fā)明中，
[0027](I)按納米纖維素纖維與去離子水1: 20?1:100的浴比，將去離子水加入三角燒瓶中，按納米纖維素纖維和25%的戊二醛水溶液1:2?1:10的質(zhì)量比，將戊二醛水溶液滴加至上述含去離子水的燒瓶中，60°C?100°C攪拌30min?60min，備用。
[0028](2)將納米纖維素纖維置于氬等離子體氣氛中，電壓220V?380V，等離子體處理時(shí)間1s?180s，得到氬等離子體改性納米纖維素纖維。
[0029](3)將(2)所得氬等離子體改性納米纖維素纖維放入上述裝有混合液的三角燒瓶中，取質(zhì)量比濃度為10%的多氨基化合物水溶液，按納米纖維素纖維和多氨基化合物水溶液1:20?1:100的質(zhì)量比，加入到(I)所得混合體系中，60°C?100°C繼續(xù)攪拌反應(yīng)30min?240min，過濾取出反應(yīng)產(chǎn)物，用去離子水充分洗滌，60 V?90°C下烘干至恒重，得到多氨基化合物改性納米纖維素纖維。
[0030]實(shí)施例1，
[0031]在裝有5mL蒸餾水的錐形瓶中滴加0.3mL濃度為25%的戊二醛水溶液，升溫至70°C，保溫30min;將0.18二醋酸纖維素納米纖維經(jīng)氬等離子體處理(225￥，308)后，快速放入錐形瓶中，機(jī)械攪拌，然后再滴加3mL濃度為100g/L的多氨基超支化聚合物水溶液，滴加后70°C下繼續(xù)反應(yīng)180min，得到黃褐色的多氨基改性的納米纖維素纖維。過濾，洗滌，烘干。
[0032]實(shí)施例2，
[0033]在裝有5mL蒸餾水的錐形瓶中滴加0.3mL濃度為25%的戊二醛水溶液，升溫至70°C，保溫30min;將0.18二醋酸纖維素納米纖維經(jīng)氬等離子體處理(225￥，30