一种基于两性纤维素的复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于两性纤维素的复合材料及其应用，以季铵—磺酸化纤维素为载体，通过共混的方式负载氧化石墨烯和壳聚糖，利用三者间自主结合力，经冷冻干燥制得季铵—磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合多孔材料，其中，以重量份计，季铵—磺酸化纤维素为5-8份，氧化石墨烯为0.5-3份，壳聚糖为0.5-3份。该复合材料安全无毒、生物相容性和降解性好，具备较规整三维多孔结构、良好的机械强度和高效的吸附能力。可用于吸水除油和重金属离子废水、有机废水的处理，并有望作为空气净化材料、医用吸附材料等各类过滤材料使用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于两性纤维素的复合材料及其应用，以季铵—磺酸化纤维素为载体，通过共混的方式负载氧化石墨烯和壳聚糖，利用三者间自主结合力，经冷冻干燥制得季铵—磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合多孔材料，其中，以重量份计，季铵—磺酸化纤维素为5-8份，氧化石墨烯为0.5-3份，壳聚糖为0.5-3份。该复合材料安全无毒、生物相容性和降解性好，具备较规整三维多孔结构、良好的机械强度和高效的吸附能力。可用于吸水除油和重金属离子废水、有机废水的处理，并有望作为空气净化材料、医用吸附材料等各类过滤材料使用。【专利说明】一种基于两性纤维素的复合材料及其应用
本专利技术涉及一种基于两性纤维素的复合材料及其应用，具体涉及一种基于季铵-磺酸化纤维素的复合材料及其应用，属于功能材料领域。
技术介绍
纤维素是地球上最为丰富的天然有机可再生资源，具备来源丰富、价格低廉，无毒环保、生物相容性好且可完全降解等优点，使其作为吸附剂载体材料使用时有着独特优势。其中两性纤维素是一类同时含有阳离子基团和阴离子基团的改性纤维素，可同时实现对带负电荷和带正电荷污染物的有效吸附，效率显著提高，其应用范围更为广泛。氧化石墨烯是天然石墨经化学氧化及剥离后得到的一种单层碳原子二维纳米材料，其宽厚比高达1000，比表面积大、机械强度高，表面和边缘随机分布着大量含氧基团(片层中间:-0H、C-0-C，边缘:-C=0、-C00H)，具有两亲性，从薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布，显示出良好的润湿性能和表面活性，并在水中表现出优越的分散性，这些特点都是其广泛用于复合材料制备的原因，它可在材料中均匀分散、易于其它组分相互作用，可改善复合材料的综合性能。壳聚糖是自然界大量存在的天然多糖高分子，储量仅次于纤维素，具有良好的生物相容性和生物降解性，壳聚糖分子内大量存在的羟基和胺基，能与多种重金属离子进行络合，广泛用于重金属离子废水治理中的絮凝剂和螯合剂，是一种环境友好型的天然吸附剂。但当壳聚糖单独作为吸附 剂使用时，容易因为自身质子化而削弱其吸附能力，将其通过交联或共混的方式与其它材料复合后，可显著提升材料的综合性能。近年来，我国面临着水污染等日趋严重的环境问题。水体中主要污染物包括重金属离子、可溶性有机物及难生物降解化合物等。处理这类污水的方法主要包括物理法、化学法、生物化学法和物理化学法四大类:其中物理法作用局限，只限于分离废水中不溶或者微溶物质；化学法处理手段单一，且成本较高，过程繁琐；而生物化学法技术不够成熟，还未广泛用于实际废水处理中。物理化学法是运用物理和化学的综合作用净化废水的方法，包括吸附法、离子交换法、膜分离法、浮选法、萃取法、蒸发法、结晶法、吹脱法等。其中吸附法是一种简单高效、费用低廉的污水处理方法，已被广泛用于各类污水处理，提高该方法效率的关键在于开发更加高效、环保、价廉的吸附剂材料。目前各种常规吸附剂在处理体系较为复杂的污水时往往难以做到一次性处理达标，效率低下；即便一些化学合成型吸附剂对污染物有较好去除效果，却因其分解产物的毒性而难以避免二次污染问题。因此，寻求高效环保、成本低廉的吸附剂成为近年来水处理科学领域的热门课题。鉴于两性纤维素、氧化石墨烯和壳聚糖均为可再生、廉价易得的材料，在应用领域又各有特点，如果能将三者制备成一种复合材料，用于废水处理、空气净化、医用吸附材料等领域，意义重大，具有很好的市场推广和应用价值，经济效益和社会效益十分显著。
技术实现思路
本专利技术的目的在于填补现有技术的空白，提供了一种基于季铵一磺酸化两性纤维素的季铵一磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合材料，该材料具备较规整的三维多孔结构、良好的机械强度以及高效的吸附能力，能够应用于废水处理、空气净化、医用吸附等领域。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案: 一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，以季铵一磺酸化纤维素为载体，通过共混的方式负载氧化石墨烯和壳聚糖，利用三者间自主结合力，经冷冻干燥制得季铵一磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合多孔材料，其中，以重量份计，季铵一磺酸化纤维素为5-8份，氧化石墨烯为0.5-3份，壳聚糖为0.5-3份。(建议此句删除，属于机理性东西，此处没必要提) 前述氧化石墨烯由氧化石墨经超声剥层制得，为单层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯或二者的混合物。前述壳聚糖的脱乙酰度为75%_95%。前述季铵一磺酸化纤维素由纤维素进行两性改性制得，首先通过对纤维素碱预处理，实现羟基活化，然后以3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵作醚化剂对碱性纤维素进行季铵化改性得到季铵化纤维素，再用单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对季铵化纤维素进行磺酸化处理，得到两性的季铵一磺酸化纤维素。 前述季铵一磺酸化纤维素的结构式为:【权利要求】1.一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，以季铵一磺酸化纤维素为载体，通过共混的方式负载氧化石墨烯和壳聚糖，利用三者间自主结合力，经冷冻干燥制得季铵一磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合多孔材料，其中，以重量份计，季铵一磺酸化纤维素为5-8份，氧化石墨烯为0.5-3份，壳聚糖为0.5-3份。2.根据权利要求1所述的一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，上述氧化石墨烯由氧化石墨经超声剥层制得，为单层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯或二者的混合物。3.根据权利要求1所述的一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，上述壳聚糖的脱乙酰度为75%-95%。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于两性纤维素的复合材料,其特征在于,上述季铵一磺酸化纤维素由纤维素进行两性改性制得，首先通过对纤维素碱预处理，实现羟基活化，然后以3-氯-2羟丙基三甲基氯化铵作醚化剂对碱性纤维素进行季铵化改性得到季铵化纤维素，再用单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对季铵化纤维素进行磺酸化处理，得到两性的季铵一磺酸化纤维素。5.根据权利要求4所述的一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，上述季铵一磺酸化纤维素的结构式为: OHIJL IzIr}-_s=c—V η-1 RR其中:R = CONHC (CH3) 2CH2S03H------1和2均表不纤维素 分子链表示聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)分子链。6.根据权利要求4所述的一种基于两性纤维素的复合材料,其特征在于，上述纤维素选自天然纤维素类纤维及制品、再生纤维素类纤维及制品、纤维素类植物或材料、微晶纤维素。7.根据权利要求6所述的一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，上述天然纤维素类纤维及制品为棉或麻，上述再生纤维素类纤维及制品为粘胶纤维或竹浆纤维，上述纤维素类植物或材料为秸杆或木材。8.根据权利要求2所述的一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，所述氧化石墨由改进型Hummer法制得。9.权利要求1所述的一种基于两性纤维素的复合材料的应用，其特征在于，该材料可应用于吸水除油、重金属离子废水和有机废水处理、空气净化、医用吸附材料。【文档编号】C08L51/02GK103497476SQ201310483370【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日 【专利技术者】陈宇岳, 熊佳庆, 林红, 苏公磊 申请人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两性纤维素的复合材料，其特征在于，以季铵—磺酸化纤维素为载体，通过共混的方式负载氧化石墨烯和壳聚糖，利用三者间自主结合力，经冷冻干燥制得季铵—磺酸化纤维素/氧化石墨烯/壳聚糖复合多孔材料，其中，以重量份计，季铵—磺酸化纤维素为5?8份，氧化石墨烯为0.5?3份，壳聚糖为0.5?3份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇岳，熊佳庆，林红，苏公磊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：