[发明专利]一种功能化纤维素基多孔材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种功能化纤维素基多孔材料，它由以下方法制得：将纤维素主体材料与功能高分子分散于氢氧化钠和尿素或硫脲的混合水溶液中，经‑30℃～0℃冷冻后常温搅拌得到纤维素基溶胶，再经常温凝胶化得到含酰胺基的多孔纤维素凝胶，水清洗至中性得到纤维素基功能化多孔材料。本发明还公开了功能化纤维素基多孔材料在防治色度污水中的应用。本发明在常温、碱性环境条件下，不需要引发剂即可实现N,N'‑甲撑双丙烯酰胺与纤维素分子共聚，一步在纤维素分子上引入酰胺键，制备方法安全，制得的酰胺化纤维素基多孔吸附材料表面含有大量酰胺基团，同时具有多孔结构，BET比表面积不小于350m²/g。可以实现工业、食品高色度废水的净化。

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种功能化纤维素基多孔材料及其制备方法，以及该功能化纤维素基多孔材料在处理染料污水、食品污水、有色重金属离子污水中的应用。

背景技术

色度污水具有成分复杂、色度深、盐度高、酸碱性强等特点。1)色度深。色度污水中的有机物多以苯、奈、蒽、醌等芳香基团为母体，色度深，光线难以进入河流，藻类等植物不能进行光合作用，严重影响排入水域的生态环境。2)成分复杂。色度污水中不仅包含有机物，还有铁、铜、锰等一些有色重金属离子、螯合物，对鱼类和人类有强致癌、致突变作用。3)盐度高。色度污水中多含有氯化物、硫化物等无机盐，浓度高、毒性大。4)化学需氧量(COD)高、可生化性差。苯系、奈系、蒽醌系、苯胺系、硝基系、酚类等有机物的生化需氧量(BOD)/COD的值较低，微生物降解能力差。

目前色度污水的主要脱色方法有：絮凝法、氧化法、生化法和吸附法。絮凝法是通过絮凝剂压缩双电层、电中和、桥梁作用和网捕沉降等机理，实现高色度污水的脱色。絮凝法工艺成熟，脱色效果稳定；但絮凝沉降后产生的淤泥无法回收，造成环境的二次污染。氧化法是利用氧化剂破坏有机物的发色基团，实现高色度污水的脱色。其中，Fenton法氧化能力强，反应条件温和，适用范围广，但处理过程中会产生大量需要焚烧处理的淤泥，造成环境的二次污染；光催化氧化法具有能效高、脱色效率高、淤泥降解彻底等优点，但催化剂的分离与回收难，增加了安全隐患，限制了光催化氧化技术的应用；电化学氧化法无需化学试剂、不产生淤泥、降解产业无毒害，处理后污水可直接排放。因此，提升电极材料的催化性能、脱色稳定性，降低能耗，是电化学氧化法的重点研究方向。生化法是利用微生物降解有色物质实现高色度污水的脱色，微生物对有色物质的分解具有选择性，因此单一族群微生物对色度污水的总体脱色效果较差。吸附法是依靠物理吸附、化学吸附、交换吸附等方式去除色度污水中高色度物质，具有吸附方法简单、脱色效果稳定等优点。多孔活性炭最常用的色度吸附剂，但是，吸附饱和后需通过热蒸汽再生活性炭，步骤繁琐、费用高昂。因此，开发一种具有高丰度活性基团、价格低廉、安全无毒、不造成二次污染的新型高分子吸附剂极具科学价值和市场价值。

纤维素是由吡喃葡萄糖单体组成的长链分子，表面含有大量的羟基。目前文献报导的纤维素基功能材料，均充分利用了纤维素单体中的活性羟基，对其进行多步修饰，最终实现纤维素基材料功能化的目的。如在纤维素分子表面引入季胺链，实现吸附阴离子染料的能力^[1]；通过接枝共聚丙烯酸、丙烯酰胺、N，N--亚甲基双(丙烯酰胺)，合成表面酰铵化的纤维素吸附剂，实现去除阴离子染料酸性蓝93(AB93)和阳离子染料亚甲基蓝(MB)的目的^[2]。但是，无论是采用先改性纤维素制备纤维素基衍生产品，再制备功能多孔材料的方法；还是先制备纤维素凝胶，再改性凝胶制备功能多孔材料的方法，均具有改性效率低、工艺繁琐、耗时长等问题。

目前最常用的纤维素溶剂是离子溶剂和氢氧化钠/尿素(硫脲)溶液。其中，离子溶剂是一种强极性溶剂，难以溶解各种有机功能分子和引发剂，且价格高昂，不利于产业化；而氢氧化钠/尿素(硫脲)溶液是一种强碱性水溶液，难以溶解各种有机功能单体和引发剂。因此，目前尚未有制备纤维素溶胶的同时采用交联共聚法制备多孔吸附材料的方法。

参考文献：