[发明专利]一种含亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及一种含亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的、可以恢复的天然资源，具有价廉、可降解并对环境不产生污染等特点，因此世界各国都十分重视对纤维素的研究与开发。在21世纪的今天，世界各国对环境污染问题日益关注和重视，人们更加重视纤维素这一地球上含量最丰富的天然高分子材料的可生物降解性和环境协调性，加紧对其功能性的研究和开发是十分必要的。纤维素是由许多β-1,4-糖苷键组成的直链多糖，可以经过一系列的化学改性，制取不同用途的功能高分子材料。

目前，改性纤维素类吸附剂一般以粉状、细微粒状、纤维状为主，孔结构不好，水力学性能差，难在实际的废水处理中大规模使用。而球形纤维素附剂不仅具有疏松和亲水性网络结构的基体，并有表面积大、通透性能和水力学性能好等优点，很适合于床式吸附处理(固定床、移动床和流动床)的需要。球形纤维素已被广泛应用于生物医学、生物化工、环境保护等各方面，如染料等化学物质的吸附，溶液中离子检测，以及在废水处理中吸附剂回收金属离子，有机物质等。因此，球形纤维素吸附剂已成为了纤维素类吸附剂研究的一个焦点。

纤维素具有很强的分子间氢键和较高的结晶度，难溶于普通溶剂。离子液体（ionic liquids）是一种由有机阳离子和无机阴离子相互结合而成的，在室温或低温下呈液态的盐类化合物。自从2002年Rogers等发现1－丁基－3－甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）离子液体可以溶解纤维素以来，离子液体开始广泛应用在纤维素材料加工中，可作为纤维素的直接溶剂，并可通过水、乙醇、丙酮等溶剂将溶解的纤维素析出。Swatloski等发现，离子液体在常温条件下只能将纤维素润湿，而无法将其溶解。但当温度升高至100~110℃，纤维素能够溶解在某些含Cl^-、Br^-、SCN^-等阴离子的离子液体中，得到一系列不同浓度的纤维素溶液。林春香等发现，在室温离子液体[Bmim]Cl中可直接进行纤维素的均相接枝共聚，得到纤维素与丙烯酸的聚合物。Wu在室温离子液体[Amim]Cl中率先探讨了纤维素的均相乙酰化改性，发现无需添加任何催化剂纤维素就可发生乙酰化反应，并得到各种取代度的乙酰化产物。与传统的纤维素溶剂相比，室温离子液体具有低挥发性、可回收利用、热性质稳定的优点，避免了有机溶剂所造成的污染，并且离子液体是纤维素非衍生化溶剂，纤维素无须活化就可与其直接混合溶解，不仅提高了反应速率，而且可以控制衍生物的取代度(DS)以及功能基团的分布，对于生产均一的高取代度纤维素衍生物具有重要意义。

还原吸附是利用吸附剂中的还原性基团，对氧化性物质进行还原并吸附。亚磺酸基是一种强还原性基团，具有较好的还原性，对部分具有氧化性的重金属离子，如Cr⁶⁺，As⁵⁺，Pt²⁺及三氯乙酸，氯仿，四氯乙烯等氧化性物质，有较好的去除作用。Nakagawa等用二氧化硫脲还原硝基苯，得到几乎定量的苯胺。同时，二氧化硫脲还可将醛、酮等羰基化合物还原为相应的醇，将硫化物还原为硫醇或硫醚。

本发明以廉价的纤维素为原料，以离子液体为溶剂，通过接枝共聚反应，并引入还原性基团，制备出含有酰胺基和亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂，可在重金属离子的吸附和饮用水氯消毒副产物的去除等方面有实际应用价值，目前尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法。采用离子液体为纤维素的直接溶剂，通过接枝共聚引入酰胺基后使其固化成球，再引入还原性基团，使制得的球形纤维素吸附剂同时具有酰胺基的吸附性和亚磺酸基的还原性，对重金属离子及饮用水氯消毒副产物具有良好的还原吸附性。本发明制备工艺简单，无毒化，生产成本低，且纤维素为丰富的天然可再生资源，因此可在重金属离子的吸附和饮用水氯消毒副产物的去除等方面具有实际应用价值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含亚磺酸基的还原性球形纤维素吸附剂，采用离子液体溶解纤维素，然后通过接枝共聚反应，并引入还原性基团，制备出还原性球形纤维素吸附剂。制备方法包括以下步骤：