一种改性纳米纤维素及其纤维的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种改性纳米纤维素及其纤维的制备方法和应用，其中改性纳米纤维素采用以下方法制备：将干燥的竹浆纸粉碎后溶于蒸馏水中，添加TEMPO试剂和溴化钠，搅拌，再加入氯氧化钠，调节pH值，搅拌得到氧化的纤维素溶液；将氧化的纤维素溶液超声粉碎，加水稀释得到纤维素悬浮液，再均质处理，得到纳米纤维素的悬浮液；将金属铁盐加入纳米纤维素的悬浮液，滴加氢氧化钠溶液，混合搅拌进行反应，再经冷冻干燥后存储于室温下，得到改性纳米纤维素，将改性纳米纤维素与纤维原料复合，经凝胶纺丝制备形成基于改性纳米纤维素纤维。本发明专利技术制备的改性纳米纤维素及其纤维对于纺织染料废液或者电磁波吸附，吸附能力强，比重轻，使用环境简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附材料
，具体涉及一种改性纳米纤维素及其纤维的制备方法和应用。
技术介绍
纤维素主要由植物的光合作用合成的可再生天然高分子，纤维素的来源广泛，可由织物、动物、特定的细菌、海藻和真菌中得到纤维素，而且纤维素中还含有多种活性基团，具有亲水性、手性和生物可降解性等性能，因此纤维素作为可再生资源在材料、医学、能源等领域越来越受到重视。纳米纤维素是一种直径为1-100nm长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素，与非纳米纤维素相比，纳米纤维素的纯度高，结晶度高，杨氏模量高和强度高等，还具有轻质、可降解、生物相容性好和可再生等绿色环保性能，此外，纳米纤维素的表面含有大量的羟基，可以发生酯化、醚化、氧化和接枝等化学反应，提高纳米纤维素的附加值，扩大纳米纤维的使用范围。随着现代技术的飞速发展，伴随生产了许多的污染物如辐射、杂质等，这些污染物如果直接排放会对人们的工作和生活造成很大的影响，因此纳米纤维素也被运用于吸附领域。传统的铁氧体吸附材料的吸附性能较好，吸收率高，吸收种类多，但是相对密度较大。将纳米纤维素与铁氧体想结合制备的复合材料，可以降低材料的比重，而且不影响吸附材料的吸附性能。中国专利CN105195111A公开的聚乙烯亚胺改性壳聚糖包覆磁性纳米纤维素吸附剂的制备方法及其产品，将氯化铁和氯化亚铁加入纳米纤维素中，混合均匀，滴加浓氨水，制得磁性纳米纤维素，然后将壳聚糖溶液与磁性纳米纤维素混合，壳聚糖会包覆磁性纳米纤维素，然后加入环氧氯丙烷，加热反应，最后加入聚乙烯亚胺，冷冻干燥后得到聚乙烯亚胺改性壳聚糖包覆磁性纳米纤维素吸附剂。该改性纳米纤维素对重金属离子具有非常好的吸附效果，还可重复使用。中国专利CN103319749B公开的一种复合吸波材料及其制备方法，将纳米纤维素溶液中依次加入过硫酸钾和用油酸包覆的纳米四氧化三铁，加热反应，离心，纯化离心，干燥研磨得到复合吸波材料。该方法制备的吸附材料密度轻、吸收频带宽、吸波性能增强。由上述现有技术可知，将铁元素与纳米纤维素相结合制备的复合材料可以对重金属和电磁辐射等进行吸附，但是，目前铁氧体吸附材料的最佳作用环境多为酸性，中性环境下的吸附效果并不大，影响了铁氧体吸附材料的使用范围。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种改性纳米纤维素及其纤维的制备方法和应用，将纳米纤维素与金属铁的氧化物相结合，制备得到改性纳米纤维素，改性纳米纤维素可以与纤维原料作为原料，经凝胶纺丝法制备形成纤维状的吸附材料。该改性纳米纤维素及其纤维属于绿色经济环保的吸附材料，吸附性能好，比重轻，使用环境简单，对纺织染料废液和电磁波具有良好的吸附效果。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种改性纳米纤维素，其特征在于，所述改性纳米纤维素包括氢氧化铁和纳米纤维素，所述改性纳米纤维素由冷冻干燥处理得到。作为上述技术方案的优选，所述的一种改性纳米纤维素，采用以下方法制备：(1)将干燥的竹浆纸粉碎后溶于蒸馏水中，添加TEMPO试剂和溴化钠，搅拌，再加入氯氧化钠，调节pH值至9-11，搅拌反应，得到氧化的纤维素溶液；(2)将步骤(1)制备的氧化的纤维素溶液去除多余的TEMPO试剂，用超声波粉碎仪超声粉碎，加水稀释得到纤维素悬浮液，再用均质仪均质处理，得到纳米纤维素的悬浮液；(3)将金属铁盐加入步骤(2)制备的纳米纤维素的悬浮液，滴加氢氧化钠溶液，混合搅拌进行反应，再经冷冻干燥仪冷冻干燥后存储与室温下，得到改性纳米纤维素。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，竹浆纸与蒸馏水的液固比为100:1。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，纳米纤维素的悬浮液的浓度为0.5wt％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，超声粉碎的功率为1200W，时间为30-40min。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，均质处理的转速为20000rpm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，混合搅拌的温度为室温。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，金属铁盐和氢氧化钠的摩尔比为1-5:1。作为上述技术方案的优选，所述改性纳米纤维素与纤维原料复合，经凝胶纺丝制备形成基于改性纳米纤维素纤维。作为上述技术方案的优选，所述改性纳米纤维素或者改性纳米纤维素纤维用于纺织染料废液吸附或者电磁波吸附的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术制备的改性纳米纤维素的主要成分为氢氧化三铁和纳米纤维素，氢氧化三铁制备的改性纳米纤维素避免了传统的铁氧体吸附剂需要在酸性条件下使用的弊端，降低了离子对吸附材料的吸附性能的影响，而且节约成本，简化使用环境，在中性环境下，对废弃纺织染料中的磷离子、氯离子、硝酸根离子和硫酸根离子都有良好的吸附效果，吸附容量可达30mg/g。此外，氢氧化三铁制备的改性纳米纤维素对电磁辐射也有良好的吸附性能，而且比重小，吸收频带宽。(2)本专利技术制备的改性纳米纤维素还可以与蚕丝蛋白等纤维基质作为原料，经凝胶纺丝形成纤维，凝胶纺丝的纺丝温度不高，可以防止氢氧化铁在加热过程中受热分解失效，而且加工成纤维状，有利于织造形成面状或者三维立体形状的材料，更能有利于材料的加工，有利于多种吸附领域的使用，使用范围广泛。(3)本专利技术制备的改性纳米纤维素及其纤维中含有纳米纤维素，纳米纤维素经TEMPO氧化整理将纳米纤维素表面的部分羟基氧化为羧基使纳米纤维素表面带有负电荷，利用静电方尺作用，防止纳米纤维素对负离子进行吸附改性，而且纳米纤维素作为一种天然高分子聚合物，改性的纳米纤维素吸附了磷、硝酸根等离子，可利用纳米纤维素的可生物降解性能，将其循环利，作为土壤肥料等资源再利用领域，防止吸附材料的二次污染，使污染物也可以再次循环利用，绿色经济，生态环保。(4)本专利技术的制备方法简单，反应温和，制备效率高，有利于工厂大面积生产，经济价值高。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。实施例1：(1)将干燥的竹浆纸粉碎后，以液固比为100:1，溶于200ml的蒸馏水中，添加TEMPO试剂和溴化钠，搅拌，再加入氯氧化钠进行氧化，调节pH值至9，搅拌反应，得到氧化的纤维素溶液。(2)将氧化的纤维素溶液去除多余的TEMPO试剂，在1200W功率下用超声波粉碎仪超声粉碎30min，加水稀释得到纤维素悬浮液，再用均质仪在20000rpm均质处理1h，得到浓度为0.5wt％的纳米纤维素的悬浮液。(3)将金属铁盐加入纳米纤维素的悬浮液，滴加氢氧化钠溶液，其中，金属铁盐和氢氧化钠的摩尔比为1:1，在室温下混合搅拌进行反应，再经冷冻干燥仪冷冻干燥48h后存储于室温下，得到改性纳米纤维素。(4)将改性纳米纤维素与蚕丝蛋白溶液复合，搅拌均匀，经凝胶纺丝制备形成基于改性纳米纤维素纤维。实施例2：(1)将干燥的竹浆纸粉碎后，以液固比为100:1，溶于200ml的蒸馏水中，添加TEMPO试剂和溴化钠，搅拌，再加入氯氧化钠进行氧化，调节pH值至11，搅拌反应，得到氧化的纤维素溶液。(2)将氧化的纤维素溶液去除多余的TEMPO试剂，在1200W功率下用超声波粉碎仪超声粉碎40min，加水稀释得到纤维素悬浮液，再用均质仪在20000rpm均质处理1h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性纳米纤维素，其特征在于：所述改性纳米纤维素包括氢氧化铁和纳米纤维素，所述改性纳米纤维素由冷冻干燥处理得到。

【技术特征摘要】
1.一种改性纳米纤维素，其特征在于：所述改性纳米纤维素包括氢氧化铁和纳米纤维素，所述改性纳米纤维素由冷冻干燥处理得到。2.根据权利要求1所述的一种改性纳米纤维素，其特征在于：采用以下方法制备：(1)将干燥的竹浆纸粉碎后溶于蒸馏水中，添加TEMPO试剂和溴化钠，搅拌，再加入氯氧化钠，调节pH值至9-11，搅拌反应，得到氧化的纤维素溶液；(2)将步骤(1)制备的氧化的纤维素溶液去除多余的TEMPO试剂，用超声波粉碎仪超声粉碎，加水稀释得到纤维素悬浮液，再用均质仪均质处理，得到纳米纤维素的悬浮液；(3)将金属铁盐加入步骤(2)制备的纳米纤维素的悬浮液，滴加氢氧化钠溶液，混合搅拌进行反应，再经冷冻干燥仪冷冻干燥后存储与室温下，得到改性纳米纤维素。3.根据权利要求2所述的一种改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，竹浆纸与蒸馏水的液固比为100:1。4.根据权利要求2所述的一种改性纳米纤维素的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文庆，
申请(专利权)人：东莞市联洲知识产权运营管理有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44