CN102430390B - 一种改性纳米纤维素吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性纳米纤维素吸附剂及其制备方法。所述改性纳米纤维素吸附剂具体为丁二酸酐/纳米纤维素复合物以及钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物。制备方法如下:以纳米纤维素晶体为基体,无水吡啶为溶剂,通过酯化反应将丁二酸酐连接到纳米纤维素上,得到丁二酸酐/纳米纤维素(SCNCs);再将SCNCs在饱和碳酸氢钠溶液中震荡反应,得到钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物。本发明所制备的改性纳米纤维素吸附剂具有纳米尺度、较高的比表面积,在水相中可以与溶液充分接触,应用于重金属离子的溶液处理中,吸附速度快,吸附容量大,效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性纳米纤维素吸附剂及其制备方法。
背景技术
随着社会和经济的快速发展,人类对水资源的需求急剧增加,与此同时,人类工业、农业和生活产生的废水未加处理直接排放,导致了水体严重污染,直接影响着人类饮用水安全,而这些水体中的重金属污染物通过饮用水进入人体并在体内积累,导致机体的代谢途径受阻,危害人体健康,因此必须采取相应措施对这些重金属污染物进行有效的处理。目前,国内外处理水中重金属离子的方法主要有沉淀、离子交换、电化学方法、膜技术、反渗透和吸附法等。其中吸附法具有吸附量大、速度快、效率高、操作简单、成本低、可以循环利用等特点而广泛用于水中重金属离子的去除。
纤维素是自然界中最为丰富的一种可再生资源,植物每年通过光合作用,能产出亿万吨的纤维素。纤维素是由β-D-葡萄糖基通过1-4苷键组成的直链多糖,每个葡萄糖基上有三个可供反应的羟基,是多羟基化合物。由于这些羟基的存在,使其在分子内和分子间形成大量的氢键,这种羟基覆盖的结构严重影响了它的反应活性,同时使纤维素聚集成不同的原纤结构,并以多层次的方式构成高结晶性的纤维素。纳米纤维素晶体(cellulose nanocrystals,CNCs)是指具有纳米尺度的纤维素晶体,其粒径一般为长200nm左右,横截面为8.8~18.2nm,具有较高的比表面积(~300m2/g)和特殊的表面效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性纳米纤维素及其制备方法。
本发明所提供的改性纳米纤维素具体为丁二酸酐/纳米纤维素复合物(SCNCs)和钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物(NaSCNCs)。
本发明所述丁二酸酐/纳米纤维素复合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的:以纳米纤维素晶体为基体,通过酯化反应将丁二酸酐连接到纳米纤维素晶体上,得到丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
其中,所述酯化反应在无水吡啶中进行。所述反应中,纳米纤维素晶体、丁二酸酐以及无水吡啶的配比为1g∶(0.4g~20g)∶(1ml~50ml);优选配比为1g∶3g∶(5ml~10ml),具体可为1g∶3g∶5ml或1g∶3g∶10ml。
所述酯化反应在搅拌状态下进行,所述反应的反应温度可为100~140℃,反应时间可为10~16h。
具体制备工艺如下:将纳米纤维素晶体加入到无水吡啶中,搅拌均匀后加入丁二酸酐,100~140℃条件下搅拌加热反应10~16h,冷却后抽滤,用去离子水、丙酮依次冲洗2~4次,所得固体在60~80℃真空干燥8~12h,得到丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
本发明所述钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的:将所述丁二酸酐/纳米纤维素复合物加入到饱和NaHCO3溶液中,20~30℃条件下振荡2~4h,得到钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物的溶液。
所述方法还包括下述步骤:将钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物的溶液进行抽滤,再用丙酮冲洗2~4次,所得固体在60~80℃真空干燥8~12h,得到钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
本发明中所用的纳米纤维素晶体是对纤维素进行酸解得到的,具体方法如下:向纤维素中加入质量浓度为60%~65%的硫酸水溶液,在45~55℃条件下搅拌反应30~45min后停止加热,加入等量冷水终止反应,过滤掉不溶物后3940×g~15670×g条件下离心2~3次,将离心产物透析5~7天以移除产物中的游离酸,之后冷冻干燥得粉末状纳米纤维素晶体。
其中,所述纤维素与所述质量浓度为60%~65%的硫酸水溶液的配比为1g∶(8~9)ml。所述纤维素选自下述至少一种:微晶纤维素、棉纤维素、脱胶麻纤维素和无灰滤纸。
本发明的再一个目的是提供上述丁二酸酐/纳米纤维素复合物(SCNCs)和钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物(NaSCNCs)的应用。
本发明所提供的应用是SCNCs和NaSCNCs在制备重金属吸附剂中的应用。
其中,所述重金属优选为Cu2+、Cd2+或Pb2+,尤其优选为Pb2+。
SCNCs和NaSCNCs对Pb2+溶液的吸附过程中,20min和90min分别达到饱和吸附平衡状态,在pH为1~5.5的范围内随着pH值的升高,吸附剂对Pb2+的吸附量逐渐增大。
本发明的有益效果为:
1.本发明所用纤维素属可再生资源,来源广泛,在自然界中储量巨大,由此制备吸附材料节约了成本。
2.本发明所制备的纳米纤维素,具有纳米尺度、较高的比表面积和丰富的表面羟基,经酯化改性后,仍保留有纳米尺度和较高的比表面积,但破坏了表面羟基,解决了纳米纤维素的团聚现象,使其在水相中可以与溶液充分接触。
3.本发明所制备的改性纳米纤维素吸附剂,应用于重金属离子的溶液处理中,吸附速度快,吸附容量大,效率高。
附图说明
图1为纤维素改性前后的红外光谱,a-棉花;b-CNCs;c-SCNCs。
图2为实施例2制备的SCNCs、NaSCNCs吸附剂吸附Pb2+的Langmuir等温吸附模型。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明方法进行说明,但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1
(1)11.43g棉纤维素(其红外光谱如图1a所示)中加入100ml 64%(w/w)硫酸,45℃条件下搅拌45min后停止加热,加入等量冷水终止反应,过滤掉不溶物后15670×g条件下离心3次,将离心产物透析7天以移除产物中的游离酸,之后冷冻干燥得纳米纤维素晶体(其红外光谱如图1b所示)。
(2)将3g纳米纤维素晶体加入到30ml无水吡啶中,搅拌均匀后加入9g丁二酸酐,100℃条件下搅拌加热反应16h,冷却后抽滤,去离子水冲洗4次、丙酮洗涤3次,所得固体60℃真空干燥12h,得改性纳米纤维素——丁二酸酐/纳米纤维素(SCNCs)吸附剂(其红外光谱如图1c所示)。
将丁二酸酐/纳米纤维素(SCNCs)吸附剂加入到饱和NaHCO3溶液中,25℃条件下振荡4h,振荡频率为200rmp,抽滤后丙酮冲洗2次,所得固体60℃真空干燥12h,得钠盐丁二酸酐/纳米纤维素(NaSCNCs)吸附剂。
(3)分别将0.1g SCNCs、NaSCNCs加入到浓度为360mg/L、400mg/L、440mg/L、480mg/L、500mg/L的100ml硝酸铅溶液中,控制体系pH为5.5,每隔1h用稀HCl或NaOH调节pH,使pH稳定在5.5,于25℃下振荡吸附2h,用ICP-OES测定吸附后溶液的Pb2+含量,经Langmuir等温吸附方程计算SCNCs、NaSCNCs的饱和吸附量为196.85mg/g、236.96mg/g。
实施例2
(1)20g棉纤维素中加入175ml 64%(w/w)硫酸,55℃条件下搅拌30min后停止加热,加入等量冷水终止反应,过滤掉不溶物后98240×g条件下离心3次,将离心产物透析7天以移除产物中的游离酸,之后冷冻干燥得纳米纤维素晶体。
(2)将10g纳米纤维素加入到50ml无水吡啶中,搅拌均匀后加入30g丁二酸酐,140℃条件下搅拌加热反应12h,冷却后抽滤,去离子水冲洗4次、丙酮洗涤3次,所得固体60℃真空干燥12h,得改性纳米纤维素——丁二酸酐/纳米纤维素(SCNCs)吸附剂。
将丁二酸酐/纳米纤维素(SCNCs)吸附剂加入到饱和NaHCO3溶液中,25℃条件下振荡4h,振荡频率为200rpm,抽滤后丙酮冲洗2次,所得固体60℃真空干燥12h,得钠盐丁二酸酐/纳米纤维素(NaSCNCs)吸附剂。
(3)分别将0.1g SCNCs、NaSCNCs加入到浓度为280mg/L、320mg/L、360mg/L、400mg/L、440mg/L的100ml硝酸铅溶液中,控制体系pH为5.5,每隔1h用稀HCl或NaOH调节pH,使pH稳定在5.5,于25℃下振荡吸附2h,用ICP-OES测定吸附后溶液的Pb2+含量,经Langmuir等温吸附方程计算SCNCs、NaSCNCs的饱和吸附量为366.30mg/g、446.42mg/g(如图2所示)。
Claims (10)
1.一种制备丁二酸酐/纳米纤维素复合物的方法,包括下述步骤:使纳米纤维素晶体和丁二酸酐进行酯化反应,得到所述丁二酸酐/纳米纤维素复合物;
所述酯化反应在搅拌状态下进行,所述反应的反应温度为100~140℃,反应时间为10~16h;
所述纳米纤维素晶体是按照下述方法制备得到的:向纤维素中加入质量浓度为60%~65%的硫酸水溶液,在45~55℃条件下搅拌反应30~45min,反应结束后加入冷水终止反应;然后过滤收集滤液,将滤液在离心力3940×g~15670×g条件下离心2~3次,将离心产物透析5~7天,之后冷冻干燥得到所述纳米纤维素晶体;其中,所述纤维素与所述质量浓度为60%~65%的硫酸水溶液的配比为1g:(8~9)ml;所述纤维素为棉纤维素。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述酯化反应在无水吡啶中进行;所述反应中,所述纳米纤维素晶体、丁二酸酐以及无水吡啶的配比为1g:(0.4g~20g):(1ml~50ml)。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述纳米纤维素晶体、丁二酸酐以及无水吡啶的配比为1g:3g:(5ml~10ml)。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述酯化反应的方法具体如下:将纳米纤维素晶体加入到无水吡啶中,搅拌均匀后加入丁二酸酐,100~140℃条件下搅拌加热反应10~16h,冷却后抽滤,去离子水、丙酮依次冲洗2~4次,所得固体在60~80℃真空干燥8~12h,得到丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
5.权利要求1-4中任一项所述方法制备得到的丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
6.一种制备钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物的方法,包括下述步骤:将权利要求5所述丁二酸酐/纳米纤维素复合物加入到饱和NaHCO3溶液中,在20~30℃条件下振荡2~4h,得到钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物的溶液。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述方法还包括下述步骤:将钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物的溶液进行抽滤,再用丙酮冲洗2~4次,所得固体在60~80℃真空干燥8~12h,得到钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
8.权利要求7所述方法制备得到的钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物。
9.权利要求5所述的丁二酸酐/纳米纤维素复合物以及权利要求8所述的钠盐丁二酸酐/纳米纤维素复合物在制备重金属吸附剂中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述重金属为Cu2+、Cd2+或Pb2+。
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Adsorption of Cu(II), Cd(II), and Pb(II) from aqueous single metal solutions by cellulose and mercerized cellulose chemically modified with succinic anhydride;L.V.A. Gurgel et al.;《Bioresource Technology》;20070813;第99卷;第3078页第2节 * |
L.V.A. Gurgel et al..Adsorption of Cu(II), Cd(II), and Pb(II) from aqueous single metal solutions by cellulose and mercerized cellulose chemically modified with succinic anhydride.《Bioresource Technology》.2007,第99卷第3078页第2节. |
唐丽荣等.纳米纤维素制备优化及其形貌表征.《福建林学院学报》.2010,第30卷(第1期),第88页第1节以及第89页第2节. |
纳米纤维素制备优化及其形貌表征;唐丽荣等;《福建林学院学报》;20100131;第30卷(第1期);第88页第1节以及第89页第2节 * |
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