[发明专利]一种基于纤维素基的多功能吸附材料及其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种纤维素基的多功能吸附材料及其制备方法和应用，将棉布、纱布、亚麻布等纤维素基材料，顺次通过TEMPO氧化/NaIO₄氧化或者NaIO₄氧化/TEMPO氧化过程，再经过进一步的表面接枝改性，得到具有亚微米和纳米结构的多功能吸附布。该吸附布含有特殊的官能团羧基、醛基、羟基、胺基、巯基、磺酸基、氰基、酰胺基等，可用于吸附污染水中的重金属离子（如铅离子、重铬酸根离子）、染料（如亚甲基蓝、酸性黄等）和吸附黄酒中的乙醇以降低酒精度等各个方面。

技术领域

本发明涉及纤维素基多功能材料的制备技术领域，具体涉及一种基于纤维素基的多功能吸附布及其制备方法及其应用，由原始纤维素基布作为原料，顺次通过TEMPO氧化/NaIO₄氧化或者NaIO₄氧化/TEMPO氧化过程制备而成的含有羧基、醛基、羟基的多功能吸附布；以此为基础，进一步通过表面接枝的方法引入氨基、巯基、磺酸基、氰基、酰胺基等其它官能团，制备用于重金属离子及有机小分子等的多功能吸附材料。

背景技术

纤维素基材料广泛应用于人类衣、食、住、行的各个方面，比如衣即包括棉布、亚麻布等纺织材料，也包括一些非织造布材料。近年来，以纤维素基材料为平台进行功能化修饰，得到各种新型功能材料，并应用于分离、催化等各个方面。其中，纳米纤维素就是基于纤维素基原料来制备纳米材料的典型示例。纳米纤维素的制备方法主要包括TEMPO氧化和硫酸水解，所制备的纳米纤维素的直径约为5-20纳米，长度为200纳米到几微米。基于不同的制备方法，纳米纤维素表面的官能团分别为羧基、醛基、羟基等，因此，该纳米材料被广泛用于材料、生物医学、传感、过滤等各个领域。

如中国专利申请CN 201510680385公开了一种稻壳纤维素吸附剂及其制备方法和应用。采用的技术方案是：取稻壳，用去离子水洗涤后，放入恒温干燥箱中，40-60℃下干燥，取出将其粉碎至呈粉末状，取稻壳粉缓慢加入浓硫酸对其进行处理，水浴加热处理，将酸化后的秸秆粉末用碳酸氢钠洗涤，用去离子水洗至中性，过滤，40-70℃恒温干燥，研磨至粒径为100-150μm。本发明通过硫酸改性稻壳，制得功能化吸附剂，从含镓的溶液中吸附镓，实现了成本低，变废为宝，吸附量大等优点。

另有中国专利申请CN 201210455059公开了一种木棉纤维吸附剂及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：（1）将木棉纤维置于有机溶剂中进行浸泡，然后晾干得到亲水处理的木棉纤维；（2）将所述亲水处理的木棉纤维置于碱性水溶液中进行碱化处理得到碱化木棉纤维；（3）所述碱化木棉纤维与螯合剂进行反应即得到所述木棉纤维吸附剂。本发明选用具有天然薄壁中空结构的木棉纤维为原料，比表面积大，改性效果好，与现有技术相比，吸附速度快（对铅离子镉离子可在2分钟内达到吸附平衡），吸附容量高（对铅离子的吸附量最大可以达到311mg/g，对镉离子的吸附量最大可以达到164mg/g），方便脱吸附，再吸附量高，特别适合初始浓度较高的污水处理。

然而，由于制备的纳米纤维素以纳米纤维或纳米晶的形式分散于水或其它极性溶剂中，因此必须与其它机械支撑材料复合才能实际使用；同时，由于纳米纤维素的分散介质主要是水，与疏水材料的复合相当困难。所以，可能的解决办法就是在保持纤维素基材料的原始结构与性质的同时，对其内部的微纳结构进行修饰，得到既具有宏观的机械性能又具有微观上功能化性质的新型材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种纤维素基的多功能吸附材料及其制备方法及其应用，将棉布、纱布、亚麻布等纤维素基材料，顺次通过TEMPO氧化/NaIO₄氧化或者NaIO₄氧化/TEMPO氧化过程，再经过进一步的表面接枝，得到具有亚微米和纳米结构的多功能吸附布。该吸附布可用于吸附污染水中的重金属离子（如铅离子、重铬酸根离子）、染料（如亚甲基蓝、酸性黄等）和吸附黄酒中的乙醇以降低酒精度等各个方面。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：