[发明专利]一种改性纤维素基除磷吸附剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性纤维素基除磷吸附剂的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。本发明采用原位溶剂置换方法以低熔点酸酐对再生纤维素水凝胶接枝改性，然后以之为载体在其多孔结构内原位生成纳米稀土氢氧化物，复合材料无需进一步处理直接以含水凝胶形式直接用于磷酸盐污水处理。本发明的方法制备工艺简单，绿色环保，所得吸附剂具有较高的磷酸盐吸附容量且稀土氢氧化物利用效率高，吸附完成后易于从溶液中分离出来，在处理含磷污水方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种改性纤维素基除磷吸附剂的制备方法，属于高分子材料改性技术领域。

背景技术

近年来大量含磷污水未经处理直接排放导致水体富营养化，水生生态系统被破坏，有效降低水体中磷酸盐含量是防治水体富营养化、治理水体污染的重要途径，寻找一种高效经济的除磷剂成为研究热点。

目前常用的除磷技术有吸附、化学沉淀、膜分离、生物处理、电解等。其中吸附法操作简单，高效快速，成本低廉，寻找一种合适吸附剂成为研究热点。

研究发现稀土对磷酸盐具有极强的亲和力，然而稀土纳米粒子容易在水中团聚，限制了其利用效率。通过将稀土氢氧化物沉积到多孔材料表面或内部孔径中，可以有效避免其团聚，提高其吸附容量；然而大多数载体是以粉末形式直接利用，吸附完成后难以从水溶液中分离，造成污泥污染；且稀土氢氧化物直接沉积在孔径中，存在泄露的风险。

文献(李智雄,李如燕,董祥等.马来酸酐接枝纤维素超细纤维制备高容量可再生吸附剂[J].化工进展,2018,第37卷(9):3484-3491.)采用马来酸酐改性纤维素纤维超细纤维，通过干燥得到改性纤维实现了对于亚甲基蓝的吸附；文献(许润,石程好,唐倩等.氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭除磷性能[J].环境科学,2019,第40卷(4):1834-1841.)也是需要通过离心烘干得到固体的改性介孔稻壳生物炭对磷进行吸附。这些方法都存在一些问题，以烘干之后的固体进行有机污染物的吸附，吸附完成之后很难从水溶液中进行分离，容易造成污泥污染。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种改性纤维素基除磷吸附剂的制备方法，本发明的吸附剂具有优异的磷酸盐去除能力且吸附完成后很容易从溶液中分离出来，且该吸附剂由于改性纤维素表面羧基、羟基与纳米稀土粒子存在强氢键作用能有效防止纳米稀土粒子泄露因而可以含水凝胶形式直接利用，既有利于孔隙结构保持，又避免干燥步骤降了工艺复杂性。本方法简单可行，易于操作，制备的吸附剂可用于磷酸盐污水处理领域。

本发明的第一个目的是提供一种改性纤维素基除磷吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)马来酸酐改性再生纤维素水凝胶的制备：先将马来酸酐溶解在丙酮中，再加入再生纤维素丙酮凝胶，持续搅拌；待丙酮充分挥发后，再加入催化剂，进行反应，反应过程中继续搅拌；之后用水反复洗涤得到酸酐改性后的再生纤维素水凝胶；

(2)复合水凝胶的制备：将步骤(1)所得酸酐改性后的再生纤维素水凝胶浸泡在0.05M～0.5M稀土可溶性盐前驱液中，持续搅拌；之后用水冲洗表面得到复合水凝胶；再将得到的水凝胶浸泡在0.1～1M碱性溶液中静置，最后取出，用水洗涤至中性，即得到所述的改性纤维素基除磷吸附剂。

在一种实施方式中，步骤(1)所述的再生纤维素丙酮溶胶的制备方法为：将再生纤维素分散于稀土盐溶液/尿素/水溶液中，-20℃冷冻24h后机械搅拌溶解，并离心脱泡；采用悬浮滴定法将所得溶液逐滴滴入浓度为5％的硫酸凝固浴中，用水反复洗涤得到球形纤维素水凝胶；随后用丙酮置换得到再生纤维素丙酮凝胶。

在一种实施方式中，所述的再生纤维素与稀土盐溶液/尿素/水溶液的质量比为4:100。

在一种实施方式中，所述的稀土盐溶液/尿素/水溶液中稀土盐溶液、尿素、水的质量比为8：12：80。

在一种实施方式中，所述的离心脱泡的参数为：温度为4℃，离心速度为8000r/min，离心时间为8min。