一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用技术

技术编号:18667433 阅读:31 留言:0更新日期:2018-08-14 20:26
本发明专利技术公开了一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用,涉及染料吸附技术领域。该吸附剂可降解,有利于环境可持续发展,可广泛应用于印染废水的处理;其制备方法包括以下步骤:S1、将纤维素、2‑溴丙酸、对甲苯磺酸和甲苯加到容器中,容器上连接分水器;S2、将容器置于110~130℃油浴锅中恒温加热,冷凝回流7~10小时后打开分水器侧管活塞,放出侧管中甲苯‑水混合液,蒸出容器中甲苯得到纤维素2‑溴丙酸酯粗产物;S3、将S2中纤维素2‑溴丙酸酯粗产物进行后处理得到干燥的纤维素2‑溴丙酸酯;S4、将1‑甲基咪唑和S3中干燥的纤维素2‑溴丙酸酯加到乙醇中,在40~70℃水浴恒温搅拌反应24~48小时,然后洗涤干燥得到该吸附剂;其方法简单、所用原料易得。

Ionic liquid modified cellulose base adsorbent and preparation method and application thereof

The invention discloses an ionic liquid modified cellulose-based adsorbent, a preparation method and application thereof, and relates to the technical field of dye adsorption. The adsorbent can be degraded and is beneficial to the sustainable development of the environment, and can be widely used in the treatment of printing and dyeing wastewater. The preparation method includes the following steps: S1, adding cellulose, 2_bromopropionic acid, p-toluenesulfonic acid and toluene into the container, connecting the water separator on the container; S2, heating the container in 110-130 C oil bath pot at constant temperature. After 7-10 hours of condensation reflux, the piston of the side tube of the water separator was opened, and the toluene-water mixture in the side tube was discharged, and the crude product of cellulose 2_bromopropionate was obtained from toluene in the container; the crude product of cellulose 2_bromopropionate in S2 was reprocessed to dry cellulose 2_bromopropionate; S4, 1_methylimidazole and S3. Dry cellulose 2_bromopropionate was added to ethanol, stirred in water bath at 40-70 C for 24-48 hours, and then washed and dried to obtain the adsorbent.

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及染料吸附
,尤其涉及一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来,由于印染、纺织和造纸等行业的快速发展,染料废水污染日益严重。由于含染料废水毒性高,对生物体易造成致癌、致畸等危害,所以含染料废水的处理已成为迫切需要解决的问题。基于效率高、成本低和易于操作等优点,吸附是处理染料废水更实用的方法。纤维素是世界上最丰富的生物聚合物资源,除了具有可生物降解,对环境污染小等优点,还具有来源丰富,价格低廉等优势。由于其独特的物理化学性质,例如良好的亲水性和生物亲和性、生物降解性,可用性,环境友好性等,有望成为广泛应用于废水处理的吸附剂。然而,纤维素的官能团单一,羟基在水相中对水分子敏感,且与染料分子之间的相互作用弱,导致其较低的吸附能力。而现有改性技术中用于修饰纤维素的官能团对染料作用单一,改性后吸附量仍有待提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题,本专利技术提供了一种离子液体改性纤维素基吸附剂及其制备方法和应用,该吸附剂可有效解决纤维素在水相中吸附能力低,以及现有改性技术修饰纤维素的官能团对染料作用单一的问题,该吸附剂可降解,有利于环境可持续发展,可广泛应用于印染废水的处理;其制备方法操作简单、反应条件温和,反应物毒性小,原料来源广。本专利技术是通过以下技术方案来实现:本专利技术公开了一种离子液体改性纤维素基吸附剂,结构式如下:其中n=1000~7000。本专利技术还公开了上述离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,包括以下步骤:S1、将纤维素、2-溴丙酸、对甲苯磺酸和甲苯加到容器中,容器上连接分水器;S2、将S1中连接分水器的容器置于110~130℃油浴锅中恒温加热,冷凝回流7~10小时后,打开分水器侧管活塞,放出侧管中甲苯-水混合液,蒸出容器中剩余甲苯得到纤维素2-溴丙酸酯粗产物;S3、将S2中纤维素2-溴丙酸酯粗产物进行后处理得到干燥的纤维素2-溴丙酸酯;S4、将1-甲基咪唑和S3中干燥的纤维素2-溴丙酸酯加到乙醇中,在40~70℃水浴恒温搅拌反应24~48小时,然后进行洗涤、干燥得到离子液体改性纤维素基吸附剂。优选地,S1中纤维素为手抄棉浆纸或手抄针叶木浆纸。优选地,S1中纤维素、2-溴丙酸与对甲苯磺酸的质量比为1:(6~16):0.07;S4中1-甲基咪唑、纤维素2-溴丙酸酯的质量比为(8~13.6):1。优选地,S1中甲苯与纤维素的用量比为(60~80)mL:2g;S4中乙醇与纤维素2-溴丙酸酯的用量比为(60~80)mL:1.4g。优选地,步骤S3中进行后处理包括将纤维素溴丙酸酯粗产物分别用乙醇、5%碳酸氢钠水溶液冲洗,直至洗脱液呈碱性后,用去离子水洗涤,至洗脱液呈中性,最后真空干燥;S4中洗涤、干燥包括分别用乙醇、去离子水洗涤直至洗脱液呈中性,最后真空干燥。进一步优选地,真空干燥的温度为30℃、时间为24小时。本专利技术还公开了上述离子液体改性纤维素基吸附剂在染料废水中的应用。优选地,所述染料废水为阴离子染料废水。进一步优选地,所述阴离子染料废水为刚果红溶液、二甲酚橙溶液和酸性品红溶液中的一种或几种。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术公开的一种离子液体改性纤维素基吸附剂,借由咪唑离子液体官能团对有机物吸附质提供的多种相互作用,如疏水作用、范德华力、静电作用、氢键、以及π-π共轭等提高纤维素对阴离子染料的吸附性能,可有效解决纤维素在水相中吸附能力低,以及现有改性技术修饰纤维素的官能团对染料作用单一,吸附量较低的问题。该吸附剂可使纤维素在水中快速高效的吸附阴离子染料,可广泛应用于印染废水的处理,过程兼具经济性和简便性,且该吸附剂可降解,有利于环境可持续发展。本专利技术公开的离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法是采用分水装置合成纤维素溴丙酸酯,在可逆的酯化反应过程中,在装置中加一分水器,以不断出去酯化反应生成的水,来打破平衡,使反应向生成酯的方向进行,以提高纤维素2-溴丙酸酯的产率,纤维素2-溴丙酸酯与1-甲基咪唑反应从而接枝离子液体官能团,最终合成离子液体改性纤维素基吸附剂,该制备方法简单,反应条件温和,反应物毒性小,且反应过程较为安全,反应原料来源广。附图说明图1为本专利技术实施例1中纤维素2-溴丙酸酯及改性前后纤维素的红外光谱对比图,A为改性前纤维素,B为纤维素2-溴丙酸酯,C为离子液体改性纤维素基吸附剂。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明,所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术实施例1~7中纤维素为手抄棉浆纸,选自天津中钞有限公司棉浆板,聚合度4000~7000;实施例8中纤维素为手抄针叶木浆纸,选自广西凤凰纸业硫酸盐法漂白针叶木浆板,聚合度1000~1300;其中,纤维素的结构式如式(1)所示:实施例1一种离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,包括以下步骤:1)准确称量绝干2g纤维素(手抄棉浆纸),将其与17.6g2-溴丙酸,0.14g对甲苯磺酸,80mL甲苯一同加入100mL容器(如单口烧瓶)中,放入磁力转子,连接分水器,分水器侧管加入3/4甲苯,连接冷凝管;2)将容器置于130℃油浴锅中恒温加热,冷凝回流10小时后,打开分水器侧管活塞,缓慢放出侧管中甲苯-水混合液,逐渐蒸出容器中甲苯,制得纤维素2-溴丙酸酯粗产物;3)将纤维素2-溴丙酸酯粗产物分别用乙醇、5%碳酸氢钠水溶液冲洗多次,至洗脱液呈弱碱性后,用去离子水洗涤,至洗脱液呈中性,在30℃下真空干燥24小时(绝干),得到纤维素2-溴丙酸酯,结构式如式(2)所示;4)将16.4g的1-甲基咪唑和1.4g纤维素2-溴丙酸酯加入80mL乙醇中,在70℃水浴恒温搅拌反应48小时,得离子液体改性纤维素基吸附剂粗产物;5)将粗产物分别用乙醇、去离子水洗涤多次,至洗脱液呈中性,在30℃下真空干燥24小时(绝干),制得离子液体改性纤维素基吸附剂,结构式如式(3)所示,其中,n=4000~7000;实施例2一种离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,包括以下步骤:1)准确称量绝干2g纤维素(手抄棉浆纸),将其与17.6g2-溴丙酸,0.14g对甲苯磺酸,80mL甲苯一同加入100mL容器(如单口烧瓶)中,放入磁力转子,连接分水器,分水器侧管加入3/4甲苯,连接冷凝管;2)将容器置于110℃油浴锅中恒温加热,冷凝回流10小时后,打开分水器侧管活塞,缓慢放出侧管中甲苯-水混合液,逐渐蒸出容器中甲苯,制得纤维素2-溴丙酸酯粗产物;3)将纤维素2-溴丙酸酯粗产物分别用乙醇、5%碳酸氢钠水溶液冲洗多次,至洗脱液呈弱碱性后,用去离子水洗涤,至洗脱液呈中性,在30℃下真空干燥24小时(绝干),得到纤维素2-溴丙酸酯,结构式如实施例1中式(2)所示;4)将16.4g的1-甲基咪唑和1.4g纤维素2-溴丙酸酯加入80mL乙醇中,在70℃水浴恒温搅拌反应48小时,得离子液体改性纤维素基吸附剂粗产物;5)将粗产物分别用乙醇、去离子水洗涤多次,至洗脱液呈中性,在30℃下真空干燥24小时(绝干),制得离子液体改性纤维素基吸附剂,结构式如实施例1中式(3)所示,其中,n=4000~7000。实施例3一种离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,包括以下步骤:1)准确称量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体改性纤维素基吸附剂,其特征在于,结构式如下:

【技术特征摘要】
1.一种离子液体改性纤维素基吸附剂,其特征在于,结构式如下:其中,n=1000~7000。2.权利要求1所述的离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将纤维素、2-溴丙酸、对甲苯磺酸和甲苯加到容器中,容器上连接分水器;S2、将S1中连接分水器的容器置于110~130℃油浴锅中恒温加热,冷凝回流7~10小时后,打开分水器侧管活塞,放出侧管中甲苯-水混合液,蒸出容器中剩余甲苯得到纤维素2-溴丙酸酯粗产物;S3、将S2中纤维素2-溴丙酸酯粗产物进行后处理得到干燥的纤维素2-溴丙酸酯;S4、将1-甲基咪唑和S3中干燥的纤维素2-溴丙酸酯加到乙醇中,在40~70℃水浴恒温搅拌反应24~48小时,然后进行洗涤、干燥得到离子液体改性纤维素基吸附剂。3.根据权利要求2所述的离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,其特征在于,S1中纤维素为手抄棉浆纸或手抄针叶木浆纸。4.根据权利要求2所述的离子液体改性纤维素基吸附剂的制备方法,其特征在于,S1中纤维素、2-溴丙酸与对甲苯磺酸的质量比为1:(6~16):0.07;S4中1...

【专利技术属性】
技术研发人员:张素风杨苗秀钱立伟侯晨唐蕊华雷丹刘丽娜肖峰
申请(专利权)人:陕西科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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