一种纤维素氨羧衍生物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素氨羧衍生物及其制备方法，要点在于羧甲基纤维素在无水甲醇中，以二甲基甲酰胺(DMF)等为催化剂，在冰水浴中滴加二氯亚砜反应脱水酯化；以无水乙醇为溶剂，酯化羧甲基纤维与二乙三胺氨解，得氨解产物2

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素氨羧衍生物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料中的高分子化学及聚合物，具体涉及天然高分子化合物的衍生物，一种纤维素衍生物及其制备方法，属于新材料


技术介绍

[0002]环境问题一直是人们关注的热点之一。在所有污染物种类中，重金属污染占有很大一部分的比例。水体重金属离子污染作为一个主要的污染源，切实关系到每个人的健康问题。目前，重金属离子的去除方法，主要包括有化学沉淀法、电解法、反渗透法、离子交换法、膜分离法等。其中，电解法和化学沉淀法不适用于处理微量含量重金属废水；离子交换法和膜分离法处理微量含量重金属离子效果较好，但是处理量有限，维护成本相对较高。因此，开发具有吸附法吸附量大，后处理简单，材料类型丰富，来源广泛，可以再生等优点的材料，在重金属去除领域逐步受到重视。
[0003]纤维素作为自然界储量最丰富的天然生物质资源，满足了以上条件。它来源广泛，可生物降解；分子中存在大量易于反应的化学基团，被广泛用于各类金属离子污染物吸附剂改性基质。纤维素基重金属离子吸附剂因其良好的吸附性能、机械性能好以及可再生等优点，在水中重金属离子吸附去除方面有很大的开发潜力。改性纤维素化合物种类繁多，EDTA类氨羧络合剂作为金属离子高效配位试剂，由于其对金属离子，尤其是重金属离子高的配位稳定常数，在金属离子吸附去除方面显得尤为高效。目前已有部分研究者将EDTA 以酯键的形式枝接于纤维素，对常见的污染物重金属离子，如Cu
2+
，Zn
2+
，Pb
2+
，Cd
2+
等吸附去除效果较为理想。由于采用酯键将EDTA类氨羧络合剂嫁接在纤维素上，存在嫁接效率不高，操作要求难度较大等不足，限制了其在工业生产过程中的实际使用。
[0004]本专利技术通过逐步反应，羧甲基化
‑
酯化
‑
氨解
‑
羧甲基化，在纤维素上嫁接了与EDTA类似的氨羧官能团，获得了一种高效的金属离子纤维素氨羧衍生物吸附材料，吸附作用时间短，后处理简单。这一吸附材料在水体污染物中重金属离子的吸附去除，稀有金属离子的吸附回收利用，盐水的软化等，具有良好的应用前景，因此本专利技术具有巨大的市场应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题为：如何一种纤维素氨羧衍生物及其制备方法，解决现有的纤维素吸附重金属衍生物生产效率不高的问题。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种纤维素氨羧衍生物，该衍生物为羧甲基纤维素的羧基通过酰胺键连接有式1所示的结构：
式1。
[0007]本专利技术还公开了一种纤维素氨羧衍生物的制备方法，包括以下步骤：（1）将羧甲基纤维素与甲醇进行酯化反应，得到以2
‑
纤维素基
‑
乙酸甲酯为结构单元的纤维素衍生物；（2）将步骤（1）得到的纤维素衍生物与胺进行氨解反应；（3）将步骤（2）的氨解产物与氯乙酸在碱作用下进行羧甲基化，得到以2
‑
(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸为结构单元的纤维素氨羧衍生物。
[0008]进一步地，所述步骤（1）中酯化反应为以羧甲基纤维素与甲醇为原料，以二氯亚砜为脱水缩合剂，以胺类为催化剂，在温度5℃以下反应，结束后抽滤，无水乙醇洗涤。
[0009]进一步地，所述步骤（1）中胺类催化剂DMF或三乙胺。
[0010]进一步地，所述步骤（2）中氨解反应中，胺与2
‑
纤维素基
‑
乙酸甲酯结构单元的摩尔比为1∶1～10∶1，优选为1∶1～2∶1。
[0011]进一步地，所述胺为二乙三胺、三乙四胺或乙二胺。
[0012]进一步地，所述氨解反应条件为：无水乙醇为溶剂，加热反应24小时～72小时，优选为48小时。结束后静置，抽滤，无水乙醇洗涤，得氨解产物。
[0013]进一步地，所述步骤（3）中羧甲基化步骤为，将氯乙酸溶于水中，用无水Na2CO3中和调节pH值9
‑
10，加入无水乙醇，然后加入步骤（2）氨解产物，室温反应48小时～72小时，优选为72小时。结束后静置，抽滤，无水乙醇洗涤。
[0014]进一步地，所述步骤（3）中氯乙酸与氨解产物的摩尔比为15∶1～5：1，优选为9∶1，其中氨解产物以结构单元计。
[0015]进一步地，所述乙醇与水的体积比9∶1～2：1，优选为4∶1。
[0016]所述室温一般指25℃。
[0017]本专利技术得到的最终产品为白色酥松状固体，在对微量过渡有色金属离子的吸附过程，现象明显，如Cu
2+
，吸附金属离子后，吸附剂呈现淡蓝色，沉淀于溶液底部，分离简单；对微量Pb
2+
等重金属离子吸附量大，达259.4mg/g。由此，本专利技术高效金属离子吸附材料
‑
纤维素氨羧衍生物，在水体污染物中重金属离子的吸附去除，稀有金属离子的吸附回收利用等，具有良好的应用前景，因此本专利技术具有巨大的市场应用前景。
[0018]使用元素分析、红外光谱，以及固体核磁共振碳谱来表征合成的产品；使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)来检测吸附材料对金属离子的吸附效果。其结果如下：(1)本专利技术最终产品，2
‑
(2
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纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸的结构示意图，参见附图1；其元素分析结果为：N:4.67%，C:38.54%，H:5.924（理论值N:4.54%，C:38.97%，H:5.78）。
[0019](2) 2
‑
(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸的红外光谱图，参见附图2；(3)2
‑
(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸核磁共振碳谱，参见附图3。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过逐步反应，在纤维素上合成具有EDTA类似的基团，过程可控，条件温和。
[0021](2)合成的吸附材料，2
‑
(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸，吸附对象离子范围广泛，操作简单，性能稳定。
附图说明
[0022]图1为2
‑
(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸的结构示意图。
[0023]图2为2
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(2
‑
纤维素基
‑
乙酰胺)乙基
‑
乙二胺三乙酸的红外光谱图。
[0024]图3为2
‑
(2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素氨羧衍生物，其特征在于，所述衍生物为羧甲基纤维素的羧基通过酰胺键连接式1所示的结构：式1。2.权利要求1所述的纤维素氨羧衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将羧甲基纤维素与甲醇进行酯化反应，得到以2
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纤维素基
‑
乙酸甲酯为结构单元的纤维素衍生物；（2）将步骤（1）得到的纤维素衍生物与胺进行氨解反应；（3）将步骤（2）的氨解产物与氯乙酸在碱作用下进行羧甲基化，得到以2
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(2
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纤维素基
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乙酰胺)乙基
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乙二胺三乙酸为结构单元的纤维素氨羧衍生物。3.根据权利要求2所述的一种纤维素氨羧衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中酯化反应为以羧甲基纤维素与甲醇为原料，以二氯亚砜为脱水缩合剂，以胺类为催化剂，在温度5℃以下反应。4.根据权利要求3所述的一种纤维素氨羧衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中胺类催化剂DMF或三乙胺。5.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓黎，
申请(专利权)人：胡晓黎，
类型：发明
国别省市：