[发明专利]一种用于微量卤氧离子吸附的纤维素基气凝胶的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于微量卤氧离子吸附的纤维素基气凝胶的制备方法和应用，以废纸为原料，将其预处理后通过溶胶‑凝胶法、微波法、接枝共聚法以及超声法制备含有叔胺基的高强度磁性纤维素基气凝胶。本发明方法所制得的气凝胶比表面积大、孔隙率高、机械强度大，其对水中的微量的卤氧离子具有优良的去除率，采用成本低廉的废纸为原料，不仅能够降低水处理的成本，还能够促进资源的循环利用，实现环境保护，推动可持续发展。

技术领域

本发明涉及水处理吸附剂领域，尤其是一种用于微量卤氧离子吸附的纤维素基气凝胶及其制备和应用。

背景技术

饮用水的消毒是供水系统中一个至关重要的过程。然而，饮用水消毒杀菌的同时，伴随着消毒剂与源水中含有的一些天然有机物和环境有机污染物以及溴或碘化物的化学反应，从而产生多种消毒副产物（DBPs），如溴酸根离子、氯酸根离子以及亚氯酸根离子。其中，溴酸盐是臭氧的消毒副产物，亚氯酸盐是二氧化氯消毒的副产物，氯酸盐为二氧化氯原料带入、非副产物，这些化合物可对人体产生一定的危害。亚氯酸盐可导致高铁血红蛋白和溶血性贫血，并具有较强的致突变性，国际癌症研究中心（IARC）已将亚氯酸盐列为致癌物，氯酸盐为中等毒性化合物，溴酸盐为2B级的潜在致癌物。《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）中规定，溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐的限量分别为0.01、0.7和0.7mg/L。

目前针对引用水消毒副产物的去除技术主要包括吸附法、离子交换法、膜过滤、生物降解法、还原法等。其中，吸附法的应用较为广泛，其去除速率较快，易于操作，条件简单且不会产生二次污染物。基于此，结合三种离子具有的氧化性特点，吸附-还原法是一种将此类卤氧离子无害化并加以去除的可行之策。

另外，作为第三代新型气凝胶，纤维素基气凝胶因其比表面积大、吸附容量大、绿色、可再生等优点成为吸附剂领域的研究热点，因此，以纤维素基气凝胶作为吸附剂载体，并对其进行系列的功能化、还原化改性开发，可制得去除微量卤氧离子的高效吸附剂，具有十分重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微量卤氧离子吸附的纤维素基气凝胶的制备方法，并将所得绿色高效的纤维素基气凝胶吸附剂用于微量卤氧离子的去除，实现在低浓度的污染物条件下，达到优异的去除效果，解决饮用水消毒副产物的危害问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：以废纸为原料，将其预处理后通过溶胶-凝胶法、微波法、接枝共聚法以及超声法等可制得含有叔胺基的高强度磁性纤维素基气凝胶，其对水中的微量的卤氧离子具有优良的去除效果。

进一步，其包括以下步骤：

（1）将废纸除杂、粉碎后过200目筛，将粉末置于1500 mL浓度为0.1 mol/L的稀硫酸溶液浸润，使用搅拌器在1000 r/min的条件下搅拌30 min，浸泡24 h后过滤，用蒸馏水将其洗至中性，于60℃下烘至恒重；再将烘干后的原料置于质量百分比浓度为0.1%的NaOH溶液中浸泡24 h，然后用清水洗涤至中性，得到较纯的废纸纤维素，将其放入烘箱中使其保持绝对干燥状态备用；

（2）将聚乙二醇、溶剂、扩链剂以及二月桂酸二丁基锡混合，在100~200 W条件下微波反应5~10 min反应完成待用；

（3）取废纸纤维素与离子液体混合，置于60~90℃水浴条件下200 r/min搅拌1~2h，加入步骤（2）中的产物，继续搅拌40~60 min，将体系温度降至40~50℃，通入氮气10 min，加入引发剂反应10 min，接着依次加入甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺以及二甲基亚砜，反应3~4 h后停止搅拌，静置30 min；

（4）使用胶头滴管吸取步骤（3）中所得产品，并将其滴入蒸馏水中进行再生，待再生完全后，用蒸馏水对其进行洗涤，直至洗出液用AgNO₃检测无沉淀为止，收集球形水凝胶待用；