一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用。所述材料是通过以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到。该材料具有阶梯式双温度刺激响应性以及高氨基密度(大于12mmol/g)、羧基密度(大于5mmol/g)和纳米空腔。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用
本专利技术属于生物质纤维改性
，具体涉及一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，水体重金属离子的去除技术主要包括化学沉淀、浮选、还原、离子交换、电渗析、溶剂萃取、生物吸附、膜分离和吸附。吸附法因其具有操作灵活性且操作成本较低的优点被认为是一种具有发展前途的去除方法。但是，目前所报道的纤维素基重金属离子吸附材料大多制备工艺复杂，并且由于材料本身吸附重金属离子的官能团密度较低，导致去除率和去除效率相对较低，尤其是低浓度下的去除效果较差，且难以实现对阴离子和阳离子型重金属离子的同时去除。目前，CO2的捕集方法主要包括吸收法、膜分离法、吸附法和深度冷凝法，其中吸附法是基于多孔材料表面活性点选择性地捕集分离CO2，具有操作灵活性且操作成本较低的优点，但传统CO2吸附材料面临难以兼具高CO2吸附容量和低再生温度的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法，该材料具有阶梯式双温度刺激响应性以及高氨基、羧基密度和纳米空腔，使得材料兼具高CO2吸附容量和低再生温度性能，且能实现对低浓度阴离子和阳离子型重金属离子同时完全快速去除。本专利技术的上述目的通过以下技术方案予以实现：一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，是通过以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到；所述阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的阶梯式双温度刺激响应是具有两个温度阶段的刺激响应性，其低临界溶解温度分别在30-37℃和40-50℃范围，是在生物质纤维原料上化学接枝阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺得到；所述阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺是由N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，再按比例混合均匀得到；所述冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；所述超支化聚胺由胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应和自缩聚反应得到。优选地，所述交联剂采用环氧氯丙烷；所述生物质纤维原料采用蔗渣浆纤维、桉木浆纤维、竹浆纤维中的一种或多种混合。所述生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料的制备方法，包括以下制备步骤：S1.羧基化生物质纤维的制备：采用TEMPO试剂将生物质纤维原料的纤维素结构单元的C6位上的羟基氧化为羧基，通过控制反应条件来调控氧化程度，制备羧基化生物质纤维；S2.阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺的制备：采用N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，再按比例混合均匀，制得的改性聚乙烯亚胺具有阶梯式双温度刺激响应性；S3.阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的制备：羧基化生物质纤维与阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺在高温下发生酰胺化反应；S4.冠醚修饰的两性超支化聚胺的制备：采用胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应生成超支化聚胺前驱体，超支化聚胺前驱体发生自缩聚反应生成超支化聚胺；冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；S5.采用交联剂一步交联：将步骤S3制得的阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与步骤S4制得的冠醚修饰的两性超支化聚胺在碱性溶液中混合均匀，在搅拌条件下加入环氧氯丙烷交联剂，混合液直接被交联成固体颗粒，制得所述的生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料。进一步地，所述步骤S1的具体操作为：向生物质纤维原料中加入磷酸钠缓冲溶液，在55～65℃条件下搅拌均匀，然后加入TEMPO，再加入次氯酸钠溶液，然后加入亚氯酸钠，氧化15～17h，加入乙醇来淬灭，洗涤、干燥，得到羧基化生物质纤维；所述生物质纤维原料与TEMPO的质量比为200:2.5～2.8。进一步地，所述步骤S2的具体操作为：在55～65℃、磁力搅拌条件下，将浓度为0.15～0.25g/mL的聚乙烯亚胺水溶液按体积比为1:3滴加到浓度为0.03～0.09g/mL的N-异丙基丙烯酰胺水溶液中，反应22～26小时后，用液氮淬灭，得到的溶液用MWCO500D透析袋在水中透析22～26h，然后冷冻干燥得到N-异丙基丙烯酰胺修饰的聚乙烯亚胺，通过调控N-异丙基丙烯酰胺的加入量来调控低温段的低临界溶解温度介于30-37℃之间；在55～65℃、磁力搅拌条件下，将浓度为0.06～0.07g/mL的聚乙烯亚胺水溶液按体积比为1:1滴加到浓度为0.05～0.10g/mL的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯水溶液中，反应22～26小时后，用液氮淬灭，得到的溶液用MWCO500D透析袋在水中透析22～26h，然后冷冻干燥得到甲基丙烯酸二甲氨基乙酯修饰的聚乙烯亚胺，通过调控甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的加入量来调控高温段的低临界溶解温度介于40-50℃之间，将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯修饰的聚乙烯亚胺和N-异丙基丙烯酰胺修饰的聚乙烯亚胺按等质量比例混合，得到阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺。进一步地，所述步骤S3的具体操作为：将等质量的阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺和羧基化生物质纤维分散在水中，超声处理后，在100℃下反应8～10h，然后离心沉淀，直至上清液为中性，将沉淀冷冻干燥，得到阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维。进一步地，所述步骤S4的具体操作为：将胺化试剂按体积比为9～10:5溶解于无水甲醇中，将丙烯酸甲酯按体积比为2～3:5溶解于无水甲醇中，向胺化试剂溶液中通入氮气，在0℃、搅拌条件下，将丙烯酸甲酯溶液按体积比为1:1滴加到胺化试剂溶液中，然后在常温下反应18～24h，得到超支化聚胺前驱体，将超支化聚胺前驱体在60～70℃条件下蒸发0.5～1.5h，再将温度依次升至100℃、140℃各反应2～3h，制得超支化聚胺；所述胺化试剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺；在搅拌条件下，将超支化聚胺、三乙烯四胺五乙酸、4'-氨基苯并-18-冠醚-6和水按质量比4:2:1～3:1～3混合均匀，在100℃条件下反应5～8h，然后采用透析膜透析22～26h，得到冠醚修饰的两性超支化聚胺。进一步地，所述步骤S5的具体操作为：将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺按质量比为1:1～10混合，然后分散于1～4wt％的NaOH水溶液中，在搅拌速度为100～800r/min的条件下，加入环氧氯丙烷，交联反应10～60min，得到所述的生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料；所述阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与环氧氯丙烷的质量比为1:0.2～1；所述阶梯式双温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，其特征在于，以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到；/n所述阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的阶梯式双温度刺激响应是具有两个温度阶段的刺激响应性，其低临界溶解温度分别在30-37℃和40-50℃范围，是在生物质纤维原料上化学接枝阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺得到；所述阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺是由N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，按比例混合均匀得到；/n所述冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；所述超支化聚胺由胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应和自缩聚反应得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，其特征在于，以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到；
所述阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的阶梯式双温度刺激响应是具有两个温度阶段的刺激响应性，其低临界溶解温度分别在30-37℃和40-50℃范围，是在生物质纤维原料上化学接枝阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺得到；所述阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺是由N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，按比例混合均匀得到；
所述冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；所述超支化聚胺由胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应和自缩聚反应得到。


2.根据权利要求1所述的一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，其特征在于，所述交联剂为环氧氯丙烷。


3.根据权利要求1所述的一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，其特征在于，所述生物质纤维原料为蔗渣浆纤维、桉木浆纤维、竹浆纤维中的一种或多种混合。


4.一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1.羧基化生物质纤维的制备：采用TEMPO试剂将生物质纤维原料的纤维素结构单元的C6位上的羟基氧化为羧基，通过控制反应条件来调控氧化程度，制备羧基化生物质纤维；
S2.阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺的制备：采用N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，再按比例混合均匀，制得的改性聚乙烯亚胺具有阶梯式双温度刺激响应性；
S3.阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的制备：羧基化生物质纤维与阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺在高温下发生酰胺化反应；
S4.冠醚修饰的两性超支化聚胺的制备：采用胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应生成超支化聚胺前驱体，超支化聚胺前驱体发生自缩聚反应生成超支化聚胺；冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；
S5.采用交联剂一步交联：将步骤S3制得的阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与步骤S4制得的冠醚修饰的两性超支化聚胺在碱性溶液中混合均匀，在搅拌条件下加入环氧氯丙烷交联剂，混合液直接被交联成固体颗粒，制得所述的生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体操作为：向生物质纤维原料中加入磷酸钠缓冲溶液，在55～65℃条件下搅拌均匀，然后加入TEMPO，再加入次氯酸钠溶液，然后加入亚氯酸钠，氧化15～17h，加入乙醇来淬灭，洗涤、干燥，得到羧基化生物质纤维；所述生物质纤维原料与TEMPO的质量比为200:2.5～2.8。


6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何辉，周航，王磊，全宗艳，陈智平，覃程荣，朱红祥，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45