一种谷氨酸交联纤维素酯膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种谷氨酸交联纤维素酯膜及制备方法，制备方法为：将微晶纤维素与柠檬酸酐进行酯化反应获得纤维素酯，通过酰胺反应将谷氨酸引入纤维素酯的侧链使纤维素酯交联从而获得谷氨酸交联纤维素酯，将谷氨酸交联纤维素酯的分散液置于模具中进行冷冻干燥后即可获得谷氨酸交联纤维素酯膜。本发明专利技术制备出的膜材料具有良好的机械性能和稳定性，能够重复利用，且能够吸附水中浓度较低的重金属离子。

Glutamic acid cross-linked cellulose ester membrane and preparation method thereof

The invention discloses a kind of glutamic acid crosslinked cellulose ester film and preparation method. The preparation method is as follows: cellulose ester is obtained by esterification of microcrystalline cellulose and citric acid anhydride, glutamic acid is introduced into the side chain of cellulose ester through amide reaction, cellulose ester is crosslinked to obtain glutamic acid crosslinked cellulose ester and glutamic acid is exchanged. The glutamic acid cross linked cellulose ester membrane can be obtained after freezing and drying in the mold. The membrane material prepared by the invention has good mechanical properties and stability, can be reused, and can adsorb heavy metal ions with low concentration in water.

【技术实现步骤摘要】
一种谷氨酸交联纤维素酯膜及制备方法
本专利技术涉及一种谷氨酸交联纤维素酯膜及制备方法。
技术介绍
随着工业和农业的快速发展，导致Cd2+、Co2+、Cu2+、Pb2+、Ni2+等重金属离子的大量排放，严重污染环境。与有机污染物不同，这些重金属不能被生物降解，很容易通过食物链富集到人体内，引起人体中毒。为了保护人类和环境，这些毒重金属应该从废水中去除。目前各种方法被广泛应用去除废水中的有毒重金属，包括化学沉淀法、化学氧化/还原法、反渗透法、膜分离法、离子交换法、吸附法等。这些方法中吸附法满足简单有效地处理重金属离子而且不会引起环境的二次污染的要求。天然高分子材料由于其可再生、可生物降解，且不会产生固体废弃物，可作为吸附剂被广泛应用于重金属离子的吸附。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50％以上。已有研究中采用各种改性纤维素制备成膜材料进行吸附重金属离子。但是现有纤维素膜材料存在机械性能差、难以实现对重金属浓度较低的溶液进行吸附的缺陷，不利于纤维素膜材料的实际应用。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种谷氨酸交联纤维素酯膜的制备方法，制备出的膜材料具有良好的机械性能和稳定性，能够重复利用，且能够吸附水中浓度较低的重金属离子。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种谷氨酸交联纤维素酯膜的制备方法，将微晶纤维素与柠檬酸酐进行酯化反应获得纤维素酯，通过酰胺反应将谷氨酸引入纤维素酯的侧链使纤维素酯交联从而获得谷氨酸交联纤维素酯，将谷氨酸交联纤维素酯的分散液置于模具中进行冷冻干燥后即可获得谷氨酸交联纤维素酯膜。本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法获得的纤维素酯膜。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术以柠檬酸酐和谷氨酸为交联剂对微晶纤维素进行改性获得新型交联材料，并以该材料制备处理纤维素酯膜。2.本专利技术制备的纤维素酯膜具有更好的热稳定性；同时，具备更高的拉伸强度和断裂伸长率，及更低的弹性模量，从而使膜材料能够重复利用。3.本专利技术制备的纤维素酯膜能够吸附水中浓度较低的重金属离子，能够吸附重金属离子浓度低至0.2mg·L-1。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为红外光谱图，其中，a为微晶纤维素，b为对比例1制备的膜，c为实施例1制备的膜；图2为热力学分析曲线，其中，A为热重分析(TGA)，B为差热重量分析(DTG)；图3为扫描电镜照片，其中，a1为MCC-CAD的表面，b1为MCC-CAD-5％GA的表面，c1为MCC-CAD-15％GA的表面，d1为MCC-CAD-25％GA的表面，a2为MCC-CAD的横截面，b2为MCC-CAD-5％GA的横截面，c2为MCC-CAD-15％GA的横截面，d2为MCC-CAD-25％GA的横截面图4a为温度对Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的吸附行为影响的表征图，图4b为接触时间对Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的吸附行为影响的表征图，图4c为样品用量对Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的吸附行为影响的表征图，图4d为pH值对Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的吸附行为影响的表征图；图5为初始金属离子浓度对MCC-CAD-25％GA膜吸附Cd2+、Co2+、Ni2+、Pb2+和Cu2+离子的曲线；图6为MCC-CAD-25％GA膜吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的回收柱状图；图7a为MCC-CAD-25％GA膜吸附Pb2+后的元素分析表征图，图7b为MCC-CAD-25％GA膜吸附Cu2+后的元素分析表征图，图7c为MCC-CAD-25％GA膜吸附Co2+后的元素分析表征图，图7d为MCC-CAD-25％GA膜吸附Cd2+后的元素分析表征图，图7e为MCC-CAD-25％GA膜吸附Ni2+后的元素分析表征图，图7f为MCC-CAD-25％GA膜解吸Pb2+后的元素分析表征图，图7g为MCC-CAD-25％GA膜解吸Cu2+后的元素分析表征图，图7h为MCC-CAD-25％GA膜解吸Co2+后的元素分析表征图，图7i为MCC-CAD-25％GA膜解吸Cd2+后的元素分析表征图，图7j为MCC-CAD-25％GA膜解吸Ni2+后的元素分析表征图；图8为在MCC-CAD-25％GA薄膜上吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+离子的拟动力学阶拟合线，其中，a为一级动力学阶，b为伪二级动力学阶；图9为MCC-CAD-25％GA膜吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+和Ni2+离子的等温线，其中，a为Langmuir，b为Freundlich，c为Elovich。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在纤维素膜难以重复利用、难以实现对重金属浓度较低的溶液进行吸附等的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种谷氨酸交联纤维素酯膜及制备方法。本申请的一种典型实施方式，提供了一种谷氨酸交联纤维素酯膜的制备方法，将微晶纤维素与柠檬酸酐进行酯化反应获得纤维素酯，通过酰胺反应将谷氨酸引入纤维素酯的侧链使纤维素酯交联从而获得谷氨酸交联纤维素酯，将谷氨酸交联纤维素酯的分散液置于模具中进行冷冻干燥后即可获得谷氨酸交联纤维素酯膜。优选的，微晶纤维素与柠檬酸酐的质量比为2:0.9～1.1。优选的，微晶纤维素与谷氨酸的质量比为2:0.1～0.5。优选的，步骤为：(1)将微晶纤维素制备成纤维素溶液，向纤维素溶液中滴加柠檬酸酐溶液后，加热至65±2℃进行反应后获得纤维素酯溶液；(2)将谷氨酸、碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺加入至纤维素酯溶液中进行酰胺反应获得交联溶液；(3)将交联溶液静置后，加入丙醇静置成膜，再水洗去除盐，然后进行冷冻干燥即可。进一步优选的，步骤(1)中纤维素溶液的溶剂为氯化锂和二甲基乙酰胺。进一步优选的，步骤(1)中反应的时间为24～36h。进一步优选的，步骤(2)中反应的条件为室温下反应24±1h。本申请所述的室温指温度15～30℃。进一步优选的，步骤(3)的过程为：将交联溶液静置30±5min后，加入丙醇静置1±0.1h后成膜，再水洗8±0.1h去除盐，然后进行冷冻干燥即可。本申请的另一种实施方式，提供了一种上述制备方法获得的纤维素酯膜。优选的，膜厚度为0.05～0.06mm。为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谷氨酸交联纤维素酯膜的制备方法，其特征是，将微晶纤维素与柠檬酸酐进行酯化反应获得纤维素酯，通过酰胺反应将谷氨酸引入纤维素酯的侧链使纤维素酯交联从而获得谷氨酸交联纤维素酯，将谷氨酸交联纤维素酯的分散液置于模具中进行冷冻干燥后即可获得谷氨酸交联纤维素酯膜。

【技术特征摘要】
1.一种谷氨酸交联纤维素酯膜的制备方法，其特征是，将微晶纤维素与柠檬酸酐进行酯化反应获得纤维素酯，通过酰胺反应将谷氨酸引入纤维素酯的侧链使纤维素酯交联从而获得谷氨酸交联纤维素酯，将谷氨酸交联纤维素酯的分散液置于模具中进行冷冻干燥后即可获得谷氨酸交联纤维素酯膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，微晶纤维素与柠檬酸酐的质量比为2:0.9～1.1。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，微晶纤维素与谷氨酸的质量比为2:0.1～0.5。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤为：(1)将微晶纤维素制备成纤维素溶液，向纤维素溶液中滴加柠檬酸酐溶液后，加热至65±2℃进行反应后获得纤维素酯溶液；(2)将谷氨酸、碳二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺加入至纤维素酯溶液中进...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶芙蓉，史成美，崔月芝，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37