[发明专利]一种基于烟蒂改性制备阳离子纤维素醚絮凝剂的方法

说明书

本发明公开了一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法：首先分离出烟头中的纸和滤嘴部分，将其浸泡、洗涤、风干后，研磨和筛分得到合格原料，将其碱性水解处理，随后利用高碘酸盐选择性性氧化纤维素，得到纤维素二醛衍生物，继而与乙酰肼基三甲基氯化铵进行阳离子醚化改性，产物用异丙醇沉析、离心分离、洗涤，冷干，得到水溶性高阳离子化纤维素醚化物；通过该方法制得产物作为絮凝剂，用于给水和废水处理及循环水的处理，且该产品絮凝速度快，易过滤，有效降低废水浊度，本身可降解，不造成二次污染。

技术领域

本发明涉及一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法，属于天然高分子改性材料技术领域。

背景技术

据世界卫生组织（WHO）数据，目前全球约有11亿吸烟者，估计中国每年吸烟产生的烟蒂量将超过1.8亿支，意味着烟蒂可能成为世界上数量巨大的一类固体垃圾。目前对烟蒂的处理方式等同于生活垃圾，主要通过焚烧和填埋进行处理，造成环境严重污染，其中，水体污染对人类的影响是最为直接，烟蒂中的化合物可以直接污染土壤，若被雨水浸出，污染物还会被带到地表水和地下水生环境中。针对烟蒂随意丢弃现象严重，2014年美国新奥尔良市开始启动相关的处理项目，至此烟蒂的再利用引起越来越多的科研人士的注意。

对烟蒂中废弃的醋酸纤维合理地回收利用，对于资源再生与重复利用、环境保护，均具有重要的意义。依据纤维素中的羟基（—OH）被乙酰基（—COCH₃）取代程度分为三醋酸纤维（CTA）和二醋酸纤维（CDA）。醋酸纤维是再生纤维素纤维中仅次于粘胶纤维的第二大品种，是一种绿色环保纤维。醋酸纤维具有无毒、无味、吸湿性好、截滤效率高等优点。醋酸纤维的应用也相当广泛，如醋酸纤维素薄膜电泳技术代替聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）电泳显示金针菇酯酶同工酶图谱，以期为菌种的良种选育、种性鉴定及菌种管理等工作提供更为简洁、快速的方法。用醋酸纤维织物做衬里比用普通的涤纶织物制成的服装具有更为舒适，使得醋酸纤维织物具有非常优异的服用性能。美国堪萨斯州立大学环境研究所就这两种服装的舒适性做了一项研究，分别从粘附感、不吸汗、冷湿感、潮湿感、贴身感、沉重感六个方面进行等级评价（5级性能最好）。醋酸纤维在很多邻域的研究已相当成熟，可在用醋酸纤维制备絮凝剂污水处理的应用报道却相对较少。

在众多废水处理方法中，絮凝沉降法是目前国内外普遍采用的一种既经济又简便的水处理方法，现已广泛用于给水、废水处理，污泥脱水等。絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和矿物类助凝剂四大类。凝聚作用和絮凝作用都是微小的胶体颗粒和悬浮颗粒在极性物质或电解质的作用下，中和颗粒表面电荷，降低或消除颗粒之间的排斥力，是颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集体的体积达到一定程度时（粒径大约为时），便从水中分离出来形成肉眼可见的絮状沉淀物。提高纤维素可行性的一个潜在途径是通过高高碘酸盐氧化在纤维素上引入反应性醛基。这种选择性氧化导致在C₂和C₃位置的纤维素的邻羟基的氧化，以产生双醛纤维素，制得絮凝剂，此外，毒性高高碘酸盐氧化剂可以在反应后再生和回收。

制备良好性能的阳离子化絮凝剂对原料的要求和操作工艺上要求并不苛刻，但在以醋酸纤维为基础的高碘酸盐选择性氧化法制备絮凝剂的研究仍是一片空白的前提下，将烟蒂中的醋酸纤维用于制备该类絮凝剂材料，不仅使得烟草废弃物得到有效利用，还可以扩展醋酸纤维高附加值利用的道路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用烟草废弃物烟蒂作为纤维素提取原料，改性制备高取代度的水溶性纤维素醚絮凝剂的方法，该方法利用资源丰富但未被深度开发的烟蒂为原料，利用烟蒂中的纸和滤嘴，将其碱化分散和转化为碱纤维素，继而选择性氧化形成纤维素二醛衍生物，该衍生物与阳离子乙酰肼基三甲基氯化铵进行醚化反应，制得水溶性阳离子纤维素醚絮凝剂，拓展烟蒂的再生应用领域，使烟蒂这种烟草废弃物得到高附加值的利用。