一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法，该方法为：采用由NaOH、尿素、硫脲和去离子水形成的混合溶液预冷至

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术属于重金属吸附剂
，具体涉及一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法。

技术介绍

[0002]水中的重金属污染严重威胁着人类健康和生态环境。Cr(VI)是水体中常见的重金属污染物，具有较高的生物活性、腐蚀性和毒性，会对人体呼吸系统、DNA、胃肠道、蛋白质和酶系统等造成损害。Cr(VI)污染的主要来源是电镀、纺织印染、皮革鞣制、金属抛光、铬盐工业和COD分析等工业废水。近年来，水环境中铬的去除技术得到了发展。其中，吸附是去除水中铬的重要方法，具有初始成本低、可循环利用、环境友好和操作简单等优点。
[0003]纤维素是植物细胞壁的主要成分，是一种可循环利用的碳源，是储量最丰富、分布最广的天然可再生资源。目前被人类利用的纤维素，占总纤维素比例不到10％，大多数纤维素资源未被充分利用。如农作物秸秆、木材加工剩余物、破旧衣物等的不合理处理，不仅污染了环境，更造成了资源的巨大浪费。因此，对纤维素资源的开发利用研究具有重要的现实意义。纤维素具有生物相容性、可降解性、可再生性、易于修饰和低成本等众多优点。其表面含有大量的羟基官能团，可作为功能修饰的平台，被认为是一种经济环保的功能材料基材。
[0004]近年来，以资源丰富、价廉易得的纤维素作为重金属吸附剂基体的研究受到广泛关注。但现有的纤维素的天然形态是纤维状，纤维素基吸附剂大多呈纤维状或棒状，吸附效果一般。因此需要开发吸附效果更优异的纤维素基吸附剂。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法。该制备方法以农林废弃物纤维素为原料，以较廉价绿色的NaOH、尿素和硫脲为主要反应体系溶解再生制备球形纳米纤维素，再经氧化接枝氨基基团，依靠氨基之间的氢键作用制备由粒径为30nm左右的球形纳米颗粒堆叠形成的微簇构成的重金属吸附剂，微簇内部球形纳米颗粒表面大量的氨基和球形纳米颗粒之间存在的大量的孔隙共同提高了吸附剂对重金属的吸附能力。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、将由NaOH、尿素、硫脲和去离子水混合均匀形成的混合溶液预冷至
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3℃～
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10℃，然后将农林废弃物纤维素分散到所述混合溶液中剧烈搅拌30min～60min，再以11000rpm的速率离心20min，除去不溶部分，得到透明的纤维素溶液；
[0008]所述混合溶液中NaOH的含量为7.5wt％～9wt％，尿素的含量为7wt％～9wt％，硫脲的含量为5.5wt％～7.5wt％；
[0009]所述农林废弃物纤维素与混合溶液的质量比为1.5：100；
[0010]步骤二、将去离子水滴入步骤一中得到的透明的纤维素溶液中，同时以50rpm～
100rpm的速率搅拌，直到溶液中溶解的纤维素完全再生，停止搅拌和滴入去离子水，得到白色的再生纤维素悬浮液；然后用去离子水洗涤白色的再生纤维素悬浮液直至pH值达到中性，再在450W～800W的功率下超声处理30min，得到分散均匀的再生纤维素溶液，所述分散均匀的再生纤维素溶液中的再生纤维的形貌为分散均匀的球形；
[0011]步骤三、向步骤二中得到的再生球形纳米纤维素溶液中加入高碘酸钠，得到反应溶液，所述高碘酸钠的加入质量为再生纤维素溶液中再生球形纳米纤维素质量的3.5倍，然后用醋酸将反应溶液的pH值调至4～5，再在温度为25℃
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35℃的条件下避光搅拌反应4.5h
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6h，得到氧化再生球形纳米纤维素，所述氧化再生球形纳米纤维素离心洗涤后分散到蒸馏水中，最后加入戊二醛水溶液在温度为50℃～65℃的条件下搅拌反应90min，再加入端氨基超支化聚合物水溶液继续反应5h
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6h，将反应所得产物离心洗涤、冷冻干燥后得到纤维素基球形纳米颗粒微簇结构的重金属吸附剂；
[0012]所述氧化再生球形纳米纤维素与戊二醛水溶液中戊二醛的质量比为1:1.25～1.5；所述氧化再生球形纳米纤维素与端氨基超支化聚合物水溶液中端氨基超支化聚合物的质量比为1：1.1～1.5；所述戊二醛水溶液的浓度为20wt％
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28wt％；端氨基超支化聚合物水溶液的浓度为11wt％
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15wt％。
[0013]优选地，步骤一中所述农林废弃物纤维素为竹纤维素、棉纤维素、麻纤维素、秸秆纤维素或者木材纤维素。
[0014]优选地，步骤一中所述混合溶液中NaOH的含量为8wt％，尿素的含量为8wt％，硫脲的含量为6.5wt％。
[0015]优选地，步骤一中剧烈搅拌时的转速为1500rpm～2000rpm。
[0016]优选地，步骤二中去离子水滴定的速率为50
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100mL/min。
[0017]优选地，步骤三中所述氧化再生球形纳米纤维素与戊二醛水溶液中戊二醛的质量比为1:1.4～1.5；所述氧化再生球形纳米纤维素与端氨基超支化聚合物水溶液中端氨基超支化聚合物的质量比为1：1.2～1.4。
[0018]优选地，步骤三中所述戊二醛水溶液的浓度为25wt％；端氨基超支化聚合物水溶液的浓度为13wt％。
[0019]优选地，步骤三中加入戊二醛水溶液在温度为52℃～58℃的条件下搅拌反应。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0021]1、本专利技术采用由浓度为7.5
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9wt％的NaOH、浓度为7
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9wt％的尿素、浓度为5.5
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7.5wt％的硫脲和去离子水混合均匀形成的混合溶液预冷溶解天然纤维素，然后通过再生和超声处理获得分散均匀的纳米球形结构的再生纤维素，再经过再生球形纳米纤维素的氧化和接枝氨基官能团，通过氨基之间的氢键作用获得纤维素基球形纳米颗粒微簇结构的重金属吸附剂，这是一种全新形貌的重金属吸附剂，属于首次公开，且这种结构的重金属吸附剂具有更优异的吸附性能。这打破了目前纤维素基吸附剂的形态大多数是纤维状或棒状的现状，本专利技术制备的球形纳米颗粒微簇状的重金属吸附剂与同尺寸的纤维状或棒状结构的纤维素基吸附剂相比拥有更大的比表面积和官能团密度，堆叠的球形纳米颗粒之间还存在大量孔隙，二者协同提高本专利技术制备的重金属吸附剂的吸附性能。本专利技术制备的重金属吸附剂具有由30nm左右直径的球形纳米颗粒堆叠形成的平均粒径为255nm的微簇结构。
[0022]下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1步骤二中制备球形纳米纤维素的扫描电镜图。
[0024]图2是本专利技术实施例1步骤二中制备球形纳米纤维素的粒径分布图。
[0025]图3是本专利技术实施例1制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素基球形纳米颗粒微簇重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将由NaOH、尿素、硫脲和去离子水混合均匀形成的混合溶液预冷至
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3℃～
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10℃，然后将农林废弃物纤维素分散到所述混合溶液中剧烈搅拌30min～60min，再以11000rpm的速率离心20min，除去不溶部分，得到透明的纤维素溶液；所述混合溶液中NaOH的含量为7.5wt％～9wt％，尿素的含量为7wt％～9wt％，硫脲的含量为5.5wt％～7.5wt％；所述农林废弃物纤维素与混合溶液的质量比为1.5：100；步骤二、将去离子水滴入步骤一中得到的透明的纤维素溶液中，同时以50rpm～100rpm的速率搅拌，直到溶液中溶解的纤维素完全再生，停止搅拌和滴入去离子水，得到白色的再生纤维素悬浮液；然后用去离子水洗涤白色的再生纤维素悬浮液直至pH值达到中性，再在450W～800W的功率下超声处理30min，得到分散均匀的再生纤维素溶液，所述分散均匀的再生纤维素溶液中的再生纤维素的形貌为分散均匀的球形；步骤三、向步骤二中得到的再生球形纳米纤维素溶液中加入高碘酸钠，得到反应溶液，所述高碘酸钠的加入质量为再生纤维素溶液中再生球形纳米纤维素质量的3.5倍，然后用醋酸将反应溶液的pH值调至4～5，再在温度为25℃
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35℃的条件下避光搅拌反应4.5h
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6h，得到氧化再生球形纳米纤维素，所述氧化再生球形纳米纤维素离心洗涤后分散到蒸馏水中，最后加入戊二醛水溶液在温度为50℃～65℃的条件下搅拌反应90min，再加入端氨基超支化聚合物水溶液继续反应5h
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6h，将反应所得产物离心洗涤、冷冻干燥后得到纤维素基球形纳米颗粒微簇结构的重金属吸附剂；所述氧化再生球形纳米纤维素与戊二醛水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少博，朱高璐，刘亚西，冯宣军，卢艳丽，汪青军，陈琦，徐洁，吴锋锴，李静威，胡尔良，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：