[发明专利]一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料，所述吸附材料由基材和修饰层组成，所述基材为棉纤维，所述修饰层包括一组以上的层层自组装涂层，所述层层自组装涂层为通过静电层层自组装的方法修饰在基材表面的带正电组装层和带负电组装层。本发明修饰后的棉纤维不仅具有较高的吸附效率，而且克服了现有重金属吸附材料在吸附完成后在水溶液中难以回收的问题，具有很强的应用前景。

技术领域

本发明属于新型重金属离子吸附剂的制备技术领域，具体地说是涉及一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料及其制备方法。

背景技术

快速工业化已经产生了重金属污染，其中化石燃料的燃烧，采矿和冶炼活动加剧了重金属入侵地表水和地下水体。环境中微量的重金属离子也会对生态环境和人体健康造成危害。为了减少水体中重金属离子的负面影响，许多技术，如降水、化学氧化/还原、膜过滤、离子交换和吸附等已被用于修复重金属。在这些方法中，吸附法由于其高效率，技术灵活性和成本效益而受到更多关注，并且由纤维素及其衍生物制备的吸附剂由于其可持续性和可生物降解性已经被广泛研究。

吸附法被认为是成本低廉的一种处理金属离子的方法，吸附剂一般包括有机聚电解质、纳米粒子以及生物吸附剂等。然而在这些吸附剂处理完金属离子后，尤其是一些微米纳米尺寸的吸附剂在吸附完成后由于回收难度大常常会对环境造成二次污染。因此在实际应用中这些金属离子吸附剂可以考虑通过和一些基材结合，从而减少其回收难度。

早在1966年Iler提出了通过静电吸附将两种带相反电荷的物质逐层交替沉积的自组装技术(Journal of Colloid and Interface Science,1966,21(6):569-594)，这项技术可以应用于导电膜、渗透膜、材料表面改性等多个领域。随着研究的不断深入，自组装的驱动力从静电作用力拓展到配位作用、氢键、特异性分子识别等，可用于组装的组分也从聚电解质延伸到纳米粒子等。层层自组装技术，广义上来定义，就是利用分子间的弱相互作用力(静电引力、氢键、疏水作用力等)使层与层间自发地缔合形成结构稳定并具有特定功能的分子聚集体。这种制备方法具备很多优点：①操作过程是一种自下而上的组装方式，可以实现在分子水平以及纳米尺度上对制备出的材料在结构上实现有效的调控；②运用层层自组装技术制备层状薄膜的工艺简单、操作容易，无需特殊、复杂的仪器设备，且制备成本低廉；③适用于层层自组装技术的组分种类丰富，可设计材料不同的功能化需求；④组装膜不受基底大小、形状的限制，片状、非平整甚至球形基材均适合。

发明内容

本发明提供了一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料及其制备方法，是由聚电解质或无机纳米粒子吸附剂通过层层自组装技术在棉纤维表面形成涂层制备而成，使得吸附剂依附于基材棉纤维，从而在吸附完成后可以将吸附剂与棉纤维通过过滤等简单的方法回收吸附材料。

一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料，所述吸附材料由基材和修饰层组成，所述基材为棉纤维，所述修饰层包括一组以上的层层自组装涂层，所述层层自组装涂层为通过静电层层自组装的方法修饰在基材表面的带正电组装层和带负电组装层。

作为优选，所述修饰层中，层层自组装涂层的数量为1～30组。

一种层层自组装涂层修饰的棉纤维重金属离子吸附材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)对棉纤维进行预处理，使棉纤维表面带上负电荷；

(2)将经过预处理的棉纤维浸泡于带正电聚电解质溶液或者带正电的无机纳米粒子的悬浮液中，得到表面带正电荷的基材；

(3)将表面带正电荷的基材置于带负电聚电解质溶液或者带负电的无机纳米粒子的悬浮液中，得到基材表面的第一组层层自组装涂层；

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，在带正、负电的溶液或悬浮液中交替处理若干次，得到含若干组层层自组装涂层修饰的基材。