[发明专利]纤维素基多功能螯合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素基功能高分子材料，特别涉及纤维素侧链负载苯亚甲基绕单宁和季铵盐的高分子材料，可应用于各种水系重金属离子的检测、分析、分离、富集，属于功能材料领域。

技术背景

诸如Ag+、Pd²⁺、Hg²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺或Cu²⁺等重金属离子都是工业生产医用材料、通讯器件和电子元器件的重要原料，但是含有上述重金属离子的废水也是造成地球表层水环境污染和危害饮食行业安全的主要物质，因此，针对工矿企业生活污水中重金属离子的原位检测、含量分析、种类分离、富集回收具有重要意义。

如上所述重金属离子的传统原位检测与分析方法操作繁杂、工作强度大、周期长、耗费物资品种多；近年来报道的荧光化学传感器检测技术和离子智能识别技术可以实现多种重金属离子的原位识别和检测，这些技术具有检测程序简便、检测灵敏、识别敏感、分析检测结果重现性高等特点。但是重金属离子传感器和智能识别材料的化学结构复杂，合成成本高，同时它们也仅仅具有分析识别功能，不具有分离、富集、回收重金属离子的功能或作用。

分离、富集、回收重金属离子的传统方法有：蒸发浓缩法、化学沉淀法、膜透析法、溶剂抽提法、电化学沉析法以及固相萃取技术等。固相萃取技术是近二十几年来研究报道较多的预浓缩、富集、回收重金属离子的新方法，但是固相萃取剂仅仅具有预浓缩、富集、回收重金属离子的功能，不具有对重金属离子的检测、识别、分析功能，尤其是无法标示或及时显示固相萃取剂的饱和吸附状态。

因此，人们殷切希望寻找到一种兼有原位检测、含量分析、种类分离、富集回收水中重金属离子的新材料，该新材料具有实时显现吸附重金属离子饱和状态的特性，方便于工矿企业生活污水处理池中的实用操作处置。

鉴于现有材料技术存在的问题和人们的期盼，本发明提供一种纤维素基多功能螯合材料，所述的纤维素基多功能螯合材料的纤维素侧链上负载一种苯亚甲基绕单宁结构单元，所述的苯亚甲基绕单宁是定性定量分析Ag⁺或Pa²⁺等的试剂，苯亚甲基绕单宁结构单元自身具有荧光特性和显色特性，其与不同金属离子形成的配合物也呈现各样的荧光增强、荧光淬灭、显色迥异现象，可以原位识别和实时检测、分析、分离各种水系中重金属离子。

本发明提供的纤维素基多功能螯合材料的纤维素侧链上负载的苯亚甲基绕单宁结构单元多寡可以依据实际需要定量引入，所以本发明提供的纤维素基多功能螯合材料可作为重金属离子的固相萃取材料，其对重金属离子的吸附容量可变。

由于本发明提供的苯亚甲基绕单宁结构单元与不同金属离子的配合物显色迥异现象，根据所述纤维素基多功能螯合材料吸附富集重金属离子的色泽变化，可判断其吸附饱和状态。

发明内容

本发明提供一种纤维素基多功能螯合材料，具有通式(I)所示化学结构：

其中通式(I)中R₁或R₂分别选取C₁～C₄烷基，R₃选自H、取代或未取代的C₁～C₄烷基或取代或未取代的C₆～C₂₀芳基中的一种，n选取500～30000的正整数。

本发明所述的通式(I)结构中的苯亚甲基绕单宁结构单元是一种具有荧光显色功能的螯合配体，可以与多种金属离子形成色泽不同、荧光发射或荧光淬灭性质迥异的配合物超分子体系，据此可定性检测金属离子种类和价态，定量分析水溶液中金属离子浓度。

本发明所述的通式(I)结构中的季铵盐可以提高所述苯亚甲基绕单宁螯合配体的亲水性，加速所述纤维素基多功能螯合材料的水亲润速度，方便人工使用操作。

本发明提供的通式(I)纤维素基多功能螯合材料呈现纤维状态，可以进行二次加工成型，作为检测、分析、分离、富集、回收重金属离子的材料应用范围广。

本发明提供的纤维素基多功能螯合材料吸附富集重金属离子后，可使用价廉的水溶性硫化物洗脱纤维素基多功能螯合材料吸附的重金属离子，重金属离子以硫化物沉淀形式得以富集回收，同时所述的纤维素基多功能螯合材料也得以再生，循环使用安全有效。