一种可用光照再生的生物质吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可用光照再生的生物质吸附剂及其制备方法和应用。其制备过程包括以下步骤：（1）光敏性功能单体的设计；（2）生物质大分子引发剂的制备；（3）可用光照再生的生物质吸附剂的制备。本发明专利技术方法所制得的生物质吸附剂原料来源丰富、绿色环保，可用于环境中各种污染物（如重金属、有机物等）的光响应吸附和释放，在可控的光照条件下可实现污染物的脱附和吸附剂的再生，有效地克服传统吸附剂再生过程复杂、易产生二次污染且吸附剂重复利用率低等缺点，具有广阔的应用前景。

A light renewable adsorbent for biomass and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可用光照再生的生物质吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法及其对环境污染物的光响应吸附和释放。
技术介绍
天然生物质材料因其来源广泛、成本低廉、且含有大量活性官能团如羟基、羧基等,这些官能团使生物质材料具有吸附功能,被很多研究者认为是很有优势的吸附剂材料。以天然生物质资源为原料制备吸附剂的开发和利用被认为是解决目前不可再生资源日益枯竭和环境污染问题日益严峻的有效途径。常用作吸附材料的天然有机高分子材料主要有纤维素类、木质素类、壳聚糖类、淀粉类等。随着国内外环境污染的日益严重,生物质吸附法作为一种重要的废水处理方法,具有环境友好性、高效性以及经济性等优点,在国内外已被广泛研究。经一段时间运行后，吸附剂吸附了大量吸附质会逐渐趋向饱和并失去继续吸附的能力，需要对其进行再生处理。对吸附剂再生的研究,不仅能有效防止废弃吸附剂对环境造成的二次污染，还可实现吸附剂的多次重复使用，降低吸附处理的运行费用。随着人们环保意识的增强及对生物质吸附剂研究的增多，其再生问题备受瞩目。目前常用的吸附剂多使用传统的酸碱法、有机溶剂法或加热法等进行再生，使得再生过程容易产生二次污染，并且在多次的再生过程中，吸附剂的性能会有较大程度的下降，可持续利用性弱。因此，制备一种新型稳定、可用清洁可控的途径实现生物质吸附剂的多次再生使用是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法及其应用，以天然可再生的生物质资源为原料，离子液体和有机溶剂为反应介质进行均相改性，通过自由基聚合将改性后的功能化光敏性单体接枝到生物质高分子载体上，制备一种可用光照实现再生的生物质吸附剂。该吸附剂具有很好的光响应性和化学稳定性，能在光照下实现对不同种类的环境污染物（如重金属、有机物等）的多次吸-脱附。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案为：一种可用光照再生的生物质吸附剂，按重量份数计包括以下原料：光敏性单体：3.2份~9.6份；有机溶剂：32.0份~48.0份；改性剂：3.0份~6.5份；生物质原料：0.2份~0.6份；离子液体：4.0份~12.0份；酯化剂：0.8份~3.0份；配位剂：0.2份~0.6份；催化剂：0.2份~0.6份；交联剂：0.8份~3.0份；自由基聚合溶剂：6.0份~10.0份；以上各原料重量总份数为100份。所述的可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法是首先将光敏性单体改性，以天然可再生的生物质资源为原料，离子液体为溶剂，采用酯化剂对高分子原料进行均相改性制备得生物质大分子引发剂；在自由基聚合溶剂中，在混合均匀的催化体系中将光响应性功能单体通过自由基聚合接枝到天然可再生高分子材料上，得到可用光照再生的生物质吸附剂；具体包括以下步骤：（1）光敏性功能单体的设计称取光敏性单体与有机溶剂在超声波辅助下均匀混合，随后将改性剂在冰浴下滴加至混合溶液中。封闭体系，调节温度为30~45℃，并搅拌反应24~36h。反应结束后提纯干燥，通过旋转蒸发除去溶剂，即得光敏性功能单体；（2）生物质大分子引发剂的制备称取生物质原料与离子液体加入三口烧瓶，放入油浴锅中，升温至80~90℃，调整机械搅拌转速为150~250rpm，反应2~4h；随后将反应温度降至30~50℃，在搅拌下加入酯化剂，调整机械搅拌转速为150~250rpm，反应1~2h，用大量蒸馏水沉淀产物，洗涤后冷冻干燥得到生物质大分子引发剂；（3）可用光照再生的生物质吸附剂的制备在氮气氛围下，将配位剂和催化剂加入自由基聚合溶剂中混合均匀后，加入光敏性功能单体和步骤（2）得到的生物质大分子引发剂，再加入交联剂，在磁力搅拌转速为400~800rpm、氮气保护以及75~90℃下避光反应18~24h；反应结束后将产物水洗和醇洗各1~3次，将清洗后的产物用索氏提取液提取24h后再次用水洗和醇洗各1~3次，即制得所述可用光照再生的生物质吸附剂。所述的光敏性单体为含有氨基、羧基、羟基或硝基的偶氮苯、螺吡喃和肉桂酸衍生物中的一种或两种；所述的有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种；所述的改性剂为甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酰氯或甲基丙烯酸甲酯中的一种；所述的生物质原料为棉纤维、纤维素、木质素、淀粉和壳聚糖等天然高分子材料中的一种；所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的一种；所述的酯化剂为氯乙酰氯、溴乙酰溴、2-溴代异丁酰溴或2-溴丙酰溴中的一种；所述的配位剂为2,2-联吡啶、五甲基二乙烯三胺、2-吡啶甲醛缩正丙胺或N-丙基-2-吡啶甲亚胺和三[(2-二甲基氨基)乙基]胺中的一种或两种；所述的催化剂为溴化亚铜、氯化亚铜、溴化亚铁或氯化亚铁中的一种；所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、戊二醛和N’N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种。所述的索氏提取的提取液为丙酮、正己烷、甲醇或乙酸中的一种或两种。进一步地，将制备得到的生物吸附剂应用于不同种类的环境污染物（如重金属、农药制剂、染料、添加剂等）的光响应吸附，并可在光源是清洁可控的条件下实现吸附剂再生及多次重复使用。称取0.01g的制得的生物质吸附剂，将其放入四面透光的锥形瓶中，加入50mL浓度为10mg/L的污染物溶液，在光照条件下反应一定时间后测试吸附剂对污染物的光响应吸-脱附性能和可重复利用性能。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术采用的离子液体具有良好的化学稳定性、热稳定性以及不燃性、可重复利用等优点；（2）本专利技术制备的可用光照再生的生物质吸附剂与传统的吸附剂相比，兼具光响应性和高稳定性，具有更智能的光控特性和重复利用性，在光源1的照射下振荡时间为120min时对10mg/L的不同污染物均有较高的结合率，在光源2的照射下振荡时间为120min时污染物的结合率会发生明显的下降，并且在可见光-紫外光循环照射5次后吸附剂的光响应吸脱附性能仍能达到最初的75%以上；（3）采用环境友好型高分子生物质材料为原料，其优势在于价格低廉、可再生，稳定性好且含量丰富；（4）本专利技术产品与传统合成方法相比，具有污染小、反应条件温和、容易控制等优点；（5）本专利技术的生产工艺简单，生产原料易得，生产周期短，反应温和，所需设备为常规设备，便于进行工业化大生产。附图说明图1为实例中可用光照再生的生物质吸附剂循环光控吸脱附图；图2为实例中可用光照再生的生物质吸附剂Mapping图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1可用光照再生的纤维素吸附剂的原料组分如下：光敏性单体（偶氮苯-4,4-二羧酸）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：/n（1）光敏性功能单体的设计/n将光敏性单体与有机溶剂在超声波辅助下均匀混合，随后将改性剂在冰浴下滴加至混合溶液中；滴加完毕后，调节水浴温度至30~45℃，搅拌反应24~36 h；/n反应结束后提纯干燥、旋转蒸发除去溶剂，即得光敏性功能单体；/n（2）生物质大分子引发剂的制备/n称取生物质原料与离子液体加入三口烧瓶，放入油浴锅中，于80~100℃下搅拌溶解2~4小时，得到生物质均相溶液；随后调节温度至30~50℃，在搅拌条件下加入酯化剂反应1~2h，反应结束后倒入蒸馏水中，洗涤后冷冻干燥，即得生物质大分子引发剂；/n（3）可用光照再生的生物质吸附剂的制备/n在氮气氛围下将配位剂和催化剂加入自由基聚合溶剂中混合均匀后，加入步骤（1）制得的光敏性单体和步骤（2）得到的生物质大分子引发剂，再加入交联剂，在通N

【技术特征摘要】
1.一种可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
（1）光敏性功能单体的设计
将光敏性单体与有机溶剂在超声波辅助下均匀混合，随后将改性剂在冰浴下滴加至混合溶液中；滴加完毕后，调节水浴温度至30~45℃，搅拌反应24~36h；
反应结束后提纯干燥、旋转蒸发除去溶剂，即得光敏性功能单体；
（2）生物质大分子引发剂的制备
称取生物质原料与离子液体加入三口烧瓶，放入油浴锅中，于80~100℃下搅拌溶解2~4小时，得到生物质均相溶液；随后调节温度至30~50℃，在搅拌条件下加入酯化剂反应1~2h，反应结束后倒入蒸馏水中，洗涤后冷冻干燥，即得生物质大分子引发剂；
（3）可用光照再生的生物质吸附剂的制备
在氮气氛围下将配位剂和催化剂加入自由基聚合溶剂中混合均匀后，加入步骤（1）制得的光敏性单体和步骤（2）得到的生物质大分子引发剂，再加入交联剂，在通N2及75~90℃下避光反应18~24h；反应结束后将产物水洗和醇洗各1~3次，将清洗后的产物用提取液索氏提取24h后再次用水洗和醇洗各1~3次，冷冻干燥后即制得所述可用光照再生的生物质吸附剂。


2.根据权利要求1所述的一种可用光照再生的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于：制备过程中的各原料按重量份数计为：
光敏性单体：3.2份~9.6份；
有机溶剂：32.0份~48.0份；
改性剂：3.0份~6.5份；
生物质原料：0.2份~0.6份；
离子液体：4.0份~12.0份；
酯化剂：0.8份~3.0份；
配位剂：0.2份~0.6份；
催化剂：0.2份~0.6份；
交联剂：0.8份~3.0份；
自由基聚合溶剂：6.0份~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林春香，邱越洺，刘明华，刘以凡，吕源财，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35