[发明专利]用于去除水中重金属阳离子的纤维素基吸附材料及其制法

说明书

技术领域

本发明属于纤维素纤维表面功能化制备水处理吸附材料领域，特别涉及一种基于天然纤维素或纤维素衍生物对水中的重金属阳离子进行高效吸附的材料及其制备方法。

背景技术

“重金属”是对原子密度大于6g·cm^-3的一类金属和非金属的总称，常见的有镉(Cd，cadmium)、铬(Cr，chromium)、铜(Cu，copper)、汞(Hg，mercury)、镍(Ni，nickel)、铅(Pb，lead)、锌(Zn，zinc)。虽然微量重金属对人体、动物、植物是必需的，但是由于重金属不能降解、不易代谢、趋于在体内积累，所以大量重金属的摄入会导致一系列的生理紊乱和疾病。例如过量的铜会导致虚弱、嗜睡以及精神性厌食；高浓度的汞会导致神经错乱，以及一些能力障碍，例如读写困难、注意力分散、智力低下等等；长期接受过量的镉会导致肾脏以及骨骼方面的病变。这些重金属会通过工业或家庭废水排放到水系统中，因此重金属的去除已经成为水处理的一个重要方面。

很多物理和化学的方法可以用来去除重金属，例如反渗透法、离子交换法、电化学沉积法、过滤法、高级氧化法、生物法、吸附法等等。其中吸附法由于吸附剂种类繁多、高效、易于处理、可以再生、而且可能实现低成本而成为最常用的方法。考虑到高效，在各种官能团中，羧基、胺基、磺酸基等基团都可以有效吸附阳离子。考虑到廉价，作为自然界中最丰富的可再生资源和环境友好材料，纤维素是理想的吸附剂基体材料。

因此，本发明以廉价的天然高分子材料——天然纤维素或以纤维素衍生物为基础，利用其含有的大量羟基，通过羟基的酯化、醚化、接枝共聚等一系列衍生化反应，可以对其进行改性，在分子中引入具有阳离子吸附性能的官能团，制备重金属阳离子吸附材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色、高效用于去除水中Cd²⁺，Cr²⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，Ni²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺等重金属阳离子的纤维素基吸附材料，这种吸附材料具有较高的比表面积，可以有效地去除水中重金属阳离子，使水中重金属阳离子含量大大低于国家标准；同时所述的纤维素基吸附材料不仅具有高吸附容量，还可以很容易地实现脱附和原位再生。

本发明的再一目的是提供一种用于去除水中重金属阳离子的纤维素基吸附材料的制备方法。

本发明的用于去除水中重金属阳离子的纤维素基吸附材料，是以直径为10nm-100μm的天然纤维素纤维或纤维素衍生物纤维作为所述吸附材料的纤维素基体材料；在所述的纤维素基体材料的表面接枝含有羧基基团的聚烯烃，从而使所述的纤维素基体材料表面带有羧基基团；所带的羧基基团可以与水中重金属阳离子发生静电吸引作用，从而将水中的有害重金属阳离子除去。

所述的有害重金属阳离子是Cd²⁺、Cr²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和/或Zn²⁺。

所述的纤维素基体材料的表面接枝有含羧基基团的聚烯烃，其接枝的聚烯烃的量是所述纤维素基吸附材料总重量的5wt％-50wt％。

所述的聚烯烃选自聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚丙烯酸(PAA)等中的一种。

所述的天然纤维素选自草本植物或木本植物。

所述的草本植物选自农作物秸秆、芦苇、荻苇、芒杆、竹子、草坪的草屑中的一种。

所述的农作物秸秆选自稻草、麦草、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧中的一种。

所述的木本植物选自树木的落叶或木屑。

所述的纤维素衍生物是带有羟基基团的纤维素酯类或带有羟基基团的纤维素醚类。

所述的纤维素酯类选自二醋酸纤维素(DCA)或二取代纤维素硝酸酯(CN)。

所述的纤维素醚类选自羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基纤维素(CMC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)、羟乙基羧甲基纤维素(HECMC)、羟丙基羧甲基纤维素(HPCMC)中的一种。

本发明的用于去除水中重金属阳离子的纤维素基吸附材料的制备方法包括以下步骤：