一种纤维素吸附剂的制备方法技术

一种纤维素吸附剂的制备方法，制备步骤为：称取纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，将纤维素用氢氧化钠溶液碱化后，水洗至中性，得到碱化纤维素；将丙烯酸单体用碱溶液中和后，加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵混合均匀后，再加入碱化纤维素，搅拌均匀；加热并称取自由基聚合反应引发剂，溶于适量水中，加入到反应体系，引发接枝共聚反应，反应结束后，产物先用氢氧化钠溶液洗涤，再水洗产物至滤液ｐＨ为５～７，干燥后即得纤维素吸附剂。本发明专利技术制备的纤维素吸附剂所用原料为蔗渣浆纤维素，来源丰富且价格低廉，使得该吸附剂成为成本低、吸附容量大、吸附性能稳定的环境友好吸附材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种天然纤维的化学改性，特别涉及。
技术介绍
现有技术现有技术中，纤维类吸附剂包括合成纤维吸附剂和天然纤维吸附剂两种。传统的吸附剂，如活性炭、离子交换纤维等，由于形态为颗粒状或粉末状，使用和再生很不方便，纤维类吸附剂则可以克服这一缺点。合成纤维吸附剂是由功能性单体共聚或由合成纤维功能化改性制得，其价格昂贵，而且不能自然降解，对环境造成污染；天然纤维吸附剂是通过化学改性，将天然纤维本身所含的基团功能化，或在天然纤维骨架上引入活性基团而得到的吸附剂。本专利技术提出一种天然纤维吸附剂的制备方法，以亚硫酸氢钠和过硫酸铵氧化还原体系作为引发剂，通过自由基聚合反应，将丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵与纤维素接枝共聚，制得对铜、铬、铅等重金属离子具有吸附功能的纤维素吸附剂。目前，有关合成纤维吸附剂制备的方法已有许多专利成果。中国专利1049264C公开的以腈纶纤维为原料，先与水合肼溶液进行交联，得到交联纤维，再按配比与乙二胺、阻聚剂硫粉进行反应，得到合成纤维吸附剂，该吸附剂对Cu2+的吸附容量仅有3.02mg/g，且操作过程较为复杂，反应试剂毒性大且价格较贵。此外，中国专利91103814.0公开了腈纶纤维与羟胺反应制备合成纤维吸附剂，中国专利1112258C报道含丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-衣康酯三聚物的纤维吸附剂，上述专利报道的纤维吸附剂均是以合成纤维为原料合成的，所得吸附剂的成本要高于天然纤维素为原料合成的吸附剂，且合成纤维吸附剂的性能不够稳定，吸附性能较低，反应试剂毒性大，对环境的污染也比后者大。天然纤维吸附剂的合成方法也有相关报道。文献(《环境污染与防治》，23(4)160-162.2001；罗儒显等)中报道的以蔗渣纤维素为原料，经碱化后，与二硫化碳酯化反应制得的纤维素吸附剂，对Cu2+吸附量为11.52mg/g。此法所得纤维素吸附剂吸附性能较低，且二硫化碳毒性较大。文献(《湖南农业大学学报》，22(1)62-65.1996；曾清如等)中报道的以谷壳纤维素为原料，通过改性，将乙二胺接枝到谷壳纤维素上，合成天然纤维素吸附剂，对Cu2+吸附量仅为10.611mg/g。中国专利1120044C公开了丙烯酰胺在纤维素纤维上接枝共聚，再通过霍夫曼转为反应制得天然纤维吸附剂，该吸附剂对弱碱性阴离子有较好吸附效果，但不能对金属离子吸附且操作过程较为复杂。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提供一种源自天然纤维素原料，性能稳定，对Cu2+等金属离子具有较好吸附性能(对Cu2+吸附量＞20.00mg/g)的纤维素吸附剂的制备方法。本专利技术的技术解决方案为，制备步骤为称取纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，其质量百分比分别为10～40％、30～50％、10～30％、3～12％；将纤维素用质量浓度为5～40％氢氧化钠溶液碱化30～180min后，水洗至中性，得到碱化纤维素，其中纤维素和氢氧化钠溶液质量比为1～5∶100；将丙烯酸单体用碱溶液中和至60～100％的中和度后，加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵混合均匀后，再加入碱化纤维素，搅拌均匀；加热使上述反应体系温度升高至50～80℃；称取占丙烯酸、丙烯酰胺以及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总质量1～10％的自由基聚合反应引发剂，溶于适量水中，使引发剂质量浓度为3％～10％，加入到反应体系，引发接枝共聚反应，反应时间为1～3h；反应结束后，产物先用质量浓度为0.1～5％的氢氧化钠溶液洗涤，再水洗产物至洗液pH为5～7，干燥后即得纤维素吸附剂。纤维素为蔗渣浆纤维素。自由基聚合反应引发剂为亚硫酸氢钠和过硫酸铵。本专利技术的有益效果为1.纤维素与丙烯酸、丙烯酰胺及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵接枝共聚，在纤维素骨架上同时引入多种功能基团，可对金属离子同时进行配位作用和离子交换作用，对金属离子有较好去除效果。2.本专利技术制备的纤维素吸附剂所用原料为蔗渣浆纤维素，来源丰富且价格低廉，使得该吸附剂成为成本低、吸附容量大、吸附性能稳定的环境友好吸附材料。3.本专利技术反应条件温和易于控制，合成步骤简单，工艺设备少，易于操作。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术进一步详细说明实例中述及的吸附容量，是该纤维吸附剂对一定浓度Cu2+溶液静态吸附的结果。吸附前后金属离子质量浓度是由原子吸收分光光度法测定的，通过如下公式计算吸附量(Q)Q＝(C0-Ct)×V/m式中Q-吸附量，mg/g；C0-已知原始样中金属离子浓度，mg/L；Ct-吸附后金属离子浓度，mg/L；V-溶液体积，L；m-用于吸附的接枝产物质量，g。实施例1(1)称取蔗渣浆纤维素3g于250mL四口瓶中，加入30％氢氧化钠溶液100g，搅拌反应60min，过滤水洗至中性，压干得碱化纤维素。(2)量取丙烯酸5mL，用6mol/LNaOH溶液8.64mL中和并冷却至室温。称取3.15g丙烯酰胺，0.76g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，用20mL蒸馏水溶解后加入丙烯酸中和液，混合均匀。将碱化纤维素加入到混合液中，搅拌均匀。水浴升温至70℃。称取0.171g过硫酸铵、0.079g亚硫酸氢钠，取少量水溶解，使引发剂浓度为4％。待体系温度升至70℃后，加入引发剂，反应2h。(3)产物用稀碱液洗涤后，水洗至中性，于60℃下干燥3～5h，得最终产品。所得产品对Cu2+的吸附量为21.69mg/g。实施例2(1)称取蔗渣浆纤维素4.09g于250mL四口瓶中，加入30％氢氧化钠溶液100g，搅拌反应90min，过滤水洗至中性，得碱化纤维素。(2)量取丙烯酸5.38mL，用6mol/LNaOH溶液7.85mL中和并冷却至室温。称取3.15g丙烯酰胺，0.76g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，用20mL蒸馏水搅拌使之溶解。再加入丙烯酸中和液，混合均匀。将碱化纤维素加入到混合液中，搅拌均匀。水浴升温至60℃。称取0.171g过硫酸铵、0.079g亚硫酸氢钠，取少量水溶解，使引发剂浓度为4.8％。待体系温度升至60℃后，加入引发剂，反应3h。(3)产物用稀碱液洗涤后，水洗至中性，于60℃下干燥3～5h，得最终产品。产品对Cu2+的吸附量达25.03mg/g。实施例3(1)称取蔗渣浆纤维素2.39g于250mL四口瓶中，加入40％氢氧化钠溶液100g，搅拌反应60min，过滤水洗至中性，得碱化纤维素。(2)量取丙烯酸5.38mL，用6mol/LNaOH溶液10.54mL中和并冷却至室温。称取3.15g丙烯酰胺，0.76g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，用20mL蒸馏水搅拌使之溶解。再加入丙烯酸中和液，混合均匀。将碱化纤维素加入到混合液中，搅拌均匀。水浴升温至60℃。称取0.171g过硫酸铵、0.079g亚硫酸氢钠，取少量水溶解，使引发剂浓度为4.8％。待体系温度升至60℃后，滴加引发剂，反应2h。(3)产物用稀碱液洗涤后，水洗至中性，于60℃下干燥3～5h，得最终产品。产品对Cu2+的吸附量达21.75mg/g。实施例4(1)称取蔗渣浆纤维素4.09g于250mL四口瓶中，加入40％氢氧化钠溶液100g，搅拌反应30min，过滤水洗至中性，得碱化纤维素。(2)量取丙烯酸5mL，用6mol/LNaOH溶液7.85mL中和并冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素吸附剂的制备方法，其特征在于制备步骤为：ａ．称取纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，其质量百分比分别为１０～４０％、３０～５０％、１０～３０％、３～１２％；ｂ．将纤维素用质量浓度为５～４０％氢氧 化钠溶液碱化３０～１８０ｍｉｎ后，水洗至中性，得到碱化纤维素，其中纤维素和氢氧化钠溶液质量比为１～５∶１００；ｃ．将丙烯酸单体用碱溶液中和至６０～１００％的中和度后，加入丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵混合均匀后，再加入碱化纤 维素，搅拌均匀；ｄ．加热使上述反应体系温度升高至５０～８０℃；称取占丙烯酸、丙烯酰胺以及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总质量１～１０％的自由基聚合反应引发剂，溶于适量水中，使引发剂质量浓度为３％～１０％，加入到反应体系，引发接枝共聚反 应，反应时间为１～３ｈ；ｅ．反应结束后，产物先用质量浓度为０．１～５％的氢氧化钠溶液洗涤，再水洗产物至滤液ｐＨ为５～７，干燥后即得纤维素吸附剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：商士斌，王瑀，王丹，宋湛谦，王宏晓，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]