[发明专利]负载零价铁和纳米氢氧化镁的还原性球形纤维素吸附剂

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种负载零价铁和纳米氢氧化镁的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法。

背景技术

纤维素是广泛存在于自然界中的天然资源，是一种来源丰富、适用范围广、易降解可再生的天然高分子材料，具有很大的应用前景。目前，纤维素的用途已不仅限于纸浆的制造，纤维素通过溶解与再生，并经过一系列的接枝共聚等化学改性，可以制得具有相应用途的功能高分子材料。

纤维素本身就具有一定的吸附作用，但其吸附容量小且吸附效果较差。将纤维素进行改性使其保持纤维素原有的优点又赋予了其新的性能，是纤维素功能高分子材料的重要发展方向之一。目前，改性纤维素类吸附剂主要为粉状、细微颗粒状及纤维状结构，其孔结构不好，水力学性能差，不适于实际废水处理的需要。球形纤维素吸附剂具有较大的比表面积、通透性能和良好的水力学性能等优点，适于在实际的废水处理中大规模使用，被广泛应用于环境保护及医学化工等各领域，如金属离子及有机污染物的吸附去除，溶液中离子检测，以及废水处理中金属离子的回收。因此，球形纤维素吸附剂已成为了是纤维素研究的新方向。

纤维素的接枝共聚是目前纤维素改性的重要方法。纤维素的接枝共聚是指以纤维素链上的活泼羟基为接枝点，将聚合物接入到纤维素骨架上的反应，在保留了纤维素固有的优点的同时引入具有特殊性能的官能团，这些官能团赋予了吸附剂新的功能，从而制得了满足各类需要的新型纤维素吸附剂。将纤维素吸附剂进行接枝共聚反应引入腈基和酰胺基等官能团后，可用于水中金属离子等的吸附，吸附效果良好，也可用于生物大分子如蛋白质、肽的分离等。

还原吸附是指将还原与吸附联用的方法，使吸附剂同时具备吸附性和还原性，可用于贵重金属的回收与提纯，高价态的金属离子处理和难处理的有机污染物等方面。有机氯化物因为其难降解、毒性强的特点，且具有生物累积性，对环境和生物都造成潜在威胁和健康危害，零价铁可以有效的使有机氯化物还原脱氯进而达到去除的目的。零价铁具有很好的还原性能，因此可用于水中氯代有机物的去除，对高价态的金属离子、偶氮染料及硝基芳香族等多种污染物也具有良好的较好的去除效果。近几十年来，零价铁因其廉价无毒、粒径小比表面积大、反应活性强及还原吸附效果好的优点被广泛用于重金属及有机物污染修复等领域。

近年来，氢氧化镁作为一种绿色水处理剂在环保领域得到广泛应用。氢氧化镁材料具有良好的吸附性能，且反应活性大，能用于吸附脱除污染物质，对低浓度污染物质也具有很好的吸附效果具有良好的效果。鉴于其诸多的优点，在环境领域内，氢氧化镁被被广泛应用于重金属脱除、废水处理、废气脱硫等方面。纳米氢氧化镁具有更大的比表面积和更好的去除性能和分散性能，在环境领域内，纳米氢氧化镁被被广泛应用在重金属脱除、废水处理、废气脱硫等方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载零价铁和纳米氢氧化镁的还原性球形纤维素吸附剂及其制备方法。本发明制备工艺简单无毒，原材料来源广泛且生产成本低，因此在重金属离子的吸附和饮用水深度处理如氯化消毒副产物以及有机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：

一种负载零价铁和纳米氢氧化镁的还原性球形纤维素吸附剂，是以自制的球形纤维素珠体为原料，对其进行接枝改性，引入腈基和酰胺基团，以此接枝共聚物为载体负载零价铁，然后再负载纳米氢氧化镁，制得了负载零价铁和纳米氢氧化镁的兼具还原吸附性能的吸附剂，其粒径分布范围为1.2~1.6 mm，含水率为82~92%，比表面积为310~680 m²/g。其制备方法包括以下步骤：

（1）球形纤维素珠体与腈基及酰胺基的接枝共聚：

原料及质量份数：

球形纤维素珠体：0.1份~2.0份；

水：35.0份~85.0份；

引发剂1：0.1份~1.0份；

酸催化剂：0.05份~0.5份；

丙烯腈单体：1.0份~6.0份；

引发剂2：0.2~0.8份；

丙烯酰胺类单体：0.8份~8.0份。

步骤及工艺参数：在配有搅拌，内设控温系统的无氧氛围反应器中，加入水及球形纤维素珠体，加入计算量的引发剂1和酸催化剂，滴加丙烯腈单体反应10~30 min，将上述溶液升温至30~65℃，再加入引发剂2，然后滴加丙烯酰胺类单体，接枝共聚反应1~4 h。反应完毕后取出，用筛网过滤，用蒸馏水冲洗，再分别用丙酮、无水乙醇冲洗，去除均聚物后得到改性纤维素珠体。