[发明专利]一种改性成两性型吸附剂的秸秆及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及秸秆的利用和阴离子和阳离子两性型吸附剂。

背景技术

秸秆是我国农村常见的农业废弃物，具有分布广、资源量大的特点。按照其化学组成，秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，此外还含有少量的能够被水、乙醇、苯等中性溶剂或稀酸、碱溶液抽提的灰分、可提取有机物等。秸秆不仅是农作物重要副产品，同时也是工农业生产的重要生产资源。然而目前，对秸秆的处理仍主要停留在传统的燃烧、还田、饲料等方面。其中，秸秆焚烧近年来越发为人们重视。据统计，全世界每年秸秆产量约29亿吨，其中约有66％直接还田或作为生活能源而被烧掉。秸秆焚烧不但会产生CO、SO₂等有毒有害气体，还会产生大量的可吸入颗粒物，给人类健康带来危害。实际上，焚烧秸秆不仅带来了环境污染，也是一种严重的资源浪费。充分发掘秸秆的潜在价值，将秸秆用作工业原料，是近年来秸秆利用的主要发展方向。

另一方面，随着近年来我国工业的迅速发展，水污染问题已经达到了极为严重的地步。据统计，目前我国每年排放污水高达400亿吨，除70％的工业废水和不到10％的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江河湖海，致使水质严重恶化，污水中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚等都呈上升趋势，全国9.5万km河川有20％受到污染，0.5万km受到严重污染，清水变浊，浊水变臭，鱼虾绝迹。北方的松花江、淮河、海河和辽河水系相继发生重大污染事件，南方的黄浦江、滇池等水体也被严重污染，突发性污染事故数量增加，水体污染造成的经济损失增大。严重的水质污染和水环境质量的恶化加剧了水资源危机，与可持续发展背道而驰，必将严重影响我国的经济发展速度和质量。

目前水体中主要污染物包括重金属离子、可溶性有机物质及难生物降解化合物等。一方面，常规水处理手段对体系较为复杂的污染物往往难以做到一次性处理达标；另一方面，即便是对污染物有一定的去除效果，许多化学合成水处理剂的代谢物依然具有毒性，二次污染问题难以避免。因此，寻求高效、环保、经济且无二次污染的水处理剂成为近年来水处理科学方面的热门课题。

天然高分子是自然界或矿物中由生化作用或光合作用而形成的高分子化合物，存在于动物、植物或矿物内，包括纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、蛋白质等等，它们不仅来源广、无毒害，而且可以被微生物降解成水和二氧化碳，从而形成生态良性循环，符合可持续发展的要求。天然高分子分子链上分布着大量的游离羟基、胺基等活性基团，具有净化水体的功能，是极具发展潜力的绿色水处理剂基材。但是天然高分子也存在着化学性质不活泼、溶解性差、分子量相对较低等缺点。针对这些缺点，采用适当的化学方法进行改性，可制备出效果好、适用广的绿色水处理剂。

作为一种富含纤维素和木质素的天然高分子材料，秸秆来源十分广泛，将秸秆材料应用于水处理中，制备高效环保的水处理剂无疑极具经济和社会价值。应用于水处理的材料要求其具有一定活性基团，且易于同水体中的污染物发生相互作用。但从秸秆材料结构看，其中纤维素和半纤维素被木质素包裹，且高分子链间通过氢键作用紧密结合，有序程度较高，因此秸秆材料通常具有水溶性差，反应活性弱等不足之处。将秸秆通过水解、接枝共聚、醚化、酯化等作用改性后，可以破坏原有的有序结构，引进新的功能基团，提高其反应性，应用于处理各种水体。

吸附法是去除水体中污染物的一种高效且经济的方法。在各种吸附机理中，一种常见的原理是利用吸附剂与污染物之间的静电吸引作用将污染物吸附于吸附剂表面从而达到脱除效果，属于这种机理的吸附具有速度快、效果好、易洗脱的优点。该吸附机理要求吸附剂分子结构中带有电性较强的离子型基团。然而污水水体中的成分极为复杂，往往含有不同电性的污染物。而单一电性的离子型吸附剂往往只对与其电性相反的单一类型的污染物具有吸附效果。如果同时将阴离子型、阳离子型两种基团引入吸附剂，那么该种吸附剂对于带有正电荷或负电荷的污染物可能均具有良好的吸附效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆改性两性型吸附剂的制备方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种改性成兼具有阴离子和阳离子的两性型吸附剂的秸秆，它是在碱性溶液中将秸秆和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，在秸秆的纤维素或木质素分子链上接枝有2-羟丙基三甲基氯化铵的秸秆，然后，再在乙醇-水混合溶剂中与氯乙酸反应，在秸秆的纤维素或木质素分子链上接枝上乙酸基团，形成兼具有阴离子和阳离子的两性型吸附剂的秸秆。

一种制备改性成兼具有阴离子和阳离子的两性型吸附剂秸秆的方法，其特征是包括下列步骤：