CN107099999B - 一种改性棉纤维及制备方法与应用 - Google Patents

一种改性棉纤维及制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107099999B
CN107099999B CN201710249925.3A CN201710249925A CN107099999B CN 107099999 B CN107099999 B CN 107099999B CN 201710249925 A CN201710249925 A CN 201710249925A CN 107099999 B CN107099999 B CN 107099999B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cotton
pgma
psmp
cotton fiber
deta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710249925.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107099999A (zh
Inventor
刘长坤
贾继珍
梁晓燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201710249925.3A priority Critical patent/CN107099999B/zh
Publication of CN107099999A publication Critical patent/CN107099999A/zh
Priority to PCT/CN2017/115318 priority patent/WO2018192239A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107099999B publication Critical patent/CN107099999B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/322—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing nitrogen
    • D06M13/325—Amines
    • D06M13/332—Di- or polyamines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/322—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing nitrogen
    • D06M13/35—Heterocyclic compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M14/00—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials
    • D06M14/02—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials on to materials of natural origin
    • D06M14/04—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials on to materials of natural origin of vegetal origin, e.g. cellulose or derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4812—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character
    • B01J2220/4825—Polysaccharides or cellulose materials, e.g. starch, chitin, sawdust, wood, straw, cotton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/04—Vegetal fibres
    • D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种改性棉纤维及制备方法与应用，其制备方法包括步骤：棉纤维和2‑溴异丁酰溴反应，得到溴化棉；溴化棉和GMA反应，得到Cotton‑PGMA；Cotton‑PGMA和SMP反应，得到Cotton‑PGMA‑PSMP；Cotton‑PGMA‑PSMP和DETA反应，得到Cotton‑PGMA（DETA）‑PSMP；将Cotton‑PGMA（DETA）‑PSMP和TMPyP反应，得到Cotton‑PGMA(DETA)‑PSMP‑TMPyP。本发明改性棉纤维对Cd2+表现出快速显色，在10min内能达到饱和吸附量的90%，卟啉功能棉纤维大大增加了对镉离子的吸附量。

Description

一种改性棉纤维及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水处理材料领域，尤其涉及一种改性棉纤维及制备方法与应用。
背景技术
随着工业发展的需要，重金属的使用及开采量大大增加，被广泛应用于化工、农药、冶炼、电镀、印刷、医药等领域，在发展的同时也带来了严重的环境污染。重金属很难降解，并具有富集性，在开采、冶炼等生产活动中排放的重金属污染物进入大气、水资源当中，造成大气、水污染，并通过食物链进入人体，在人体的某些器官当中富集，就会造成人体急性或慢性中毒，具有致癌、致畸及致突变作用。
镉作为重金属之一，在人体内蓄积，导致肾、骨、肝、中枢、肺等重要器官受到损害。20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂中，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。因此，对重金属镉离子的去除是非常必要的。
用于检测溶液中的镉离子的方法有可见分光光度法、原子吸收法、电化学分析法、荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法等。然而，这些方法大多需要复杂的样品制备过程，设备仪器占地面积大，检测费用高，不适合现场检测。
含镉废水是一种对环境污染十分严重和对人类身体健康危害很大的废水。现今，含镉废水的处理方法较多，有中和沉淀法、硫化物沉淀法、吸附法、膜分离法、电解法等，但处理费用较高，控制条件多，实际操作困难，且会产生二次污染。
“十三五”生态环境规划明确指出，强化绿色科技创新引领，推进绿色化与创新驱动深度融合，实施以控制单元为基础的水环境质量目标管理。廉价、高效、稳定且无二次污染的新型废水处理方法逐渐引起人们的重视。其中，新型材料吸附法在保留原材料物理性能的同时，通过涂覆、接枝高分子链等化学改性方法赋予其更多特性，使得材料多功能化，被认为是具有广阔前景的替代方法。
天然高分子及其衍生物吸附剂具有经济实惠、来源广泛、易于生物降解、易于回收处理、易于制备等优势，因而备受关注和应用。其中纤维素就是一种利用率较高的天然高分子材料。纤维素是资源最为丰富的高分子材料，棉麻、木材、秸秆、竹子等等都是纤维素材料的来源。同时，纤维素是由β-D-吡喃葡萄糖之间通过（1-4）-β-苷键连接而成的多糖，存在大量的羟基，可以发生多种化学反应，包括接枝、酯化、氧化等反应，通过这些反应可对纤维素进行化学改性，添加相应功能基团。
天然产物棉纤维分子中含有大量羟基和甙键等基团，可发生降解、酯化、醚化等反应，制造出许多有价值的棉纤维衍生物。采用资源丰富的棉纤维作为基体材料，通过化学改性实现棉纤维功能化，并应用于水体重金属的吸附与检测。对于棉纤维的改性有很多，但是胺化改性棉纤维吸附Cd2+，并通过显色反应创建光谱仪Cd2+浓度检测法，并没有看到相关的报道。
因此，本发明目的在于提供一种胺化改性棉纤维吸附Cd2+，并通过显色反应创建光谱仪Cd2+浓度检测法，以解决现有检测方法大多需要复杂的样品制备过程，设备仪器占地面积大，检测费用高，不适合现场检测；及现有处理方法处理费用较高，控制条件多，实际操作困难，且会产生二次污染的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性棉纤维及制备方法与应用，旨在解决现有检测方法大多需要复杂的样品制备过程，设备仪器占地面积大，检测费用高，不适合现场检测；及现有处理方法处理费用较高，控制条件多，实际操作困难，且会产生二次污染的问题。
本发明的技术方案如下：
一种改性棉纤维的制备方法，其中，包括：
步骤A、棉纤维和2-溴异丁酰溴室温下反应12-48h，得到溴化棉；
步骤B、溴化棉和GMA在40-50℃下反应1-4h，得到Cotton-PGMA；
步骤C、Cotton-PGMA和SMP惰性气氛下反应6-24h，得到Cotton-PGMA-PSMP；
步骤D、Cotton-PGMA-PSMP和DETA室温下反应12-48h，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP；
步骤E、将Cotton-PGMA（DETA）-PSMP和TMPyP室温下反应6-24h，得到Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤A的反应溶剂为二氯甲烷，反应催化剂为吡啶。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤A的反应条件还包括：密闭，并置于磁力搅拌下进行反应。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤B的反应溶剂为去离子水和二甲基甲酰胺的混合液，反应催化剂为2,2-联吡啶（Bpy）、CuBr和CuBr2。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述CuBr和CuBr2的质量比为1-5:1。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤C的反应溶剂为去离子水和甲醇的混合液，反应催化剂为CuBr和Bpy。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤D的反应溶剂为四氢呋喃。
所述的改性棉纤维的制备方法，其中，所述步骤E中，所述Cotton-PGMA（DETA）-PSMP和TMPyP的质量比为1-5:1。
一种改性棉纤维，其中，采用如上任一所述的制备方法制备而成。
一种改性棉纤维的应用，其中，将如上所述的改性棉纤维应用于检测和吸附镉离子。
有益效果：本发明原材料棉纤维廉价易得，表面存在大量羟基，可以发生多种化学反应，便于改性。通过化学改性方法，实现棉纤维的多功能化，赋予其检测与吸附性能；采用SI-ATRP方法和无环多聚胺胺化对棉纤维进行化学改性，操作简单且易于控制。本发明制备的CPDPT材料对镉离子的响应时间短，颜色变化快且明显，可以用于快速检测镉离子；嵌段聚合后，PGMA链段上引入的胺基增大了CPDPT材料对镉离子的吸附量。
附图说明
图1为本发明改性棉纤维的制备流程示意图。
图2为本发明实施例1制备的改性棉纤维材料吸附测试结果图。
具体实施方式
本发明提供一种改性棉纤维及制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1所示，本发明的一种改性棉纤维的制备方法，包括：
步骤A、棉纤维和2-溴异丁酰溴室温下反应12-48h，得到溴化棉。所述步骤A具体如下：
溴化反应：将0.5-3.0g棉纤维（原始棉）和10-50mL DCM（二氯甲烷）加入容器中，再将容器置于冰水浴中，然后取5-30mL 2-溴异丁酰溴（BIBB）加入容器中，再缓慢加入0.5-3mL吡啶。加完上述原料后，密封容器，并置于磁力搅拌器中，搅拌转速150rpm，室温中反应12-48h后，得到溴化棉（Cotton-Br），将Cotton-Br取出，用丙酮和去离子水反复冲洗，最后晾干备用。
本发明所选的原材料棉纤维廉价易得，表面存在大量羟基，可以发生多种化学反应，便于改性。本步骤采用含量丰富、易于改性的棉纤维作为吸附剂基体，与2-溴异丁酰溴（BIBB）发生取代反应得到溴化棉（Cotton-Br）。
步骤B、溴化棉和GMA在40-50℃下反应1-4h，得到Cotton-PGMA。所述步骤B具体如下：
SI-ATRP反应：将Cotton-Br置于容器中，然后加入1-15mL去离子水、5-20mL 二甲基甲酰胺（DMF）、10-30mL 甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、0.1-1.0g 2,2-联吡啶（Bpy）、CuBr和CuBr2，其中CuBr和CuBr2质量比为1-5:1（如1:1、2:1或5:1），磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，在40~50℃（如45℃）和氩气氛围下反应1-4h，反应完毕后得到Cotton-PGMA，再依次用四氢呋喃（THF）、丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
上述步骤的去离子水和二甲基甲酰胺作为反应溶剂，Bpy、CuBr和CuBr2作为反应催化剂，该反应催化剂利于提高反应速率。本步骤采用表面引发-原子转移自由基聚合（SI-ATRP）的方法接枝PGMA高分子链段，简单易行，对单体要求较低，反应时允许一定的氧和杂质存在，可以控制活性聚合的分子量及其分布系数，同时不会破坏纤维素的骨架结构。
步骤C、Cotton-PGMA和SMP惰性气氛下反应6-24h，得到Cotton-PGMA-PSMP。所述步骤C具体如下：
SI-ATRP反应：将0.01-0.10g Cotton-PGMA，0.05-0.2g Bpy、0.01-0.20g CuBr和1-5g 3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐（SMP）溶解在1-5mL去离子水和4-45mL甲醇的混合溶液中，并磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，氩气气氛中反应6-24h，反应完毕后得到Cotton-PGMA-PSMP。将产物反复用过量的0.05-0.2mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）溶液、去离子水洗涤，晾干备用。
PSMP链段有助于后续进一步引入TMPyP，增大TMPyP引入数量。从而增加与Cd2+之间的络合作用，吸附并去除污水中的Cd2+。
本步骤选用的催化剂体系为Bpy和CuBr，能很好地控制反应速率。同时本步骤也是采用SI-ATRP方法接枝，好处不再赘述。
步骤D、Cotton-PGMA-PSMP和DETA室温下反应12-48h，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP。所述步骤D具体如下：
胺化反应：取Cotton-PGMA-PSMP置于试管内，加入1-15mL 四氢呋喃（THF）和1-15mL二乙烯三胺（DETA），使用磁力搅拌器搅拌，转速为150rpm，室温下反应12-48h后，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP，取出Cotton-PGMA（DETA）-PSMP，用丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
本步骤通过开环反应在PGMA上接枝DETA，大大增加了最终改性棉纤维对Cd2+的吸附量。
本步骤通过胺基与Cotton-PGMA上的环氧基团的开环反应,引入DETA。需说明的是，除所述DETA以外，还可用无环多聚胺化合物，如乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或其它多乙烯多胺化合物进行替代，对棉纤维进行化学改性，从而制备出类似的胺化棉材料。
步骤E、将Cotton-PGMA（DETA）-PSMP和TMPyP室温下反应6-24h，得到Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP。所述步骤E具体如下：
静电复合反应：按质量比计，以1-5:1的固液比，将Cotton-PGMA(DETA)-PSMP浸泡在10-20mg/L 5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(对甲苯磺酸盐)（TMPyP）溶液中，在磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，室温下反应6-24小时后，将产物取出，用去离子水反复洗涤，晾干，得到改性棉纤维Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP（简称CPDPT）。
本步骤通过静电作用将对Cd2+有吸附作用的5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(对甲苯磺酸盐)（TMPyP）引入到PSMP上，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP -TMPyP改性棉纤维材料。TMPyP能够大量吸附镉离子，并且颜色会逐渐由浅变深，因此TMPyP兼具镉离子检测及吸附作用。
本步骤通过带正电的TMPyP与带负电荷的PSMP的静电相互作用，将TMPyP引入在材料表面。除TMPyP以外，还可以引入其它卟啉类化合物，如5,10,15,20-四(3,5-二甲氧苯基)卟啉、5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉等，对棉纤维进行改性，从而制备出类似的胺化棉材料。
将上述制备好的改性棉纤维CPDPT材料进行吸附实验，吸附量的测算方法如下：取50mg改性棉纤维CPDPT加入到50ml的4mmol/l的Cd(NO3)2溶液中，室温下避光震荡至吸附平衡后，测定溶液中镉离子浓度以及观察材料显色情况。依下式计算CPDPT材料的吸附量：
q=（C0－Ce）V/m
式中，q (mmol /g)为平衡吸附量；
C0和Ce为镉离子的原始溶液浓度和吸附平衡浓度（mmol/L）；
V 为吸附溶液的体积（L）；
m 为吸附剂CPDPT的质量。
本发明利用含量丰富、易于改性的棉纤维作为吸附剂基体，与2-溴异丁酰溴（BIBB）发生取代反应得到溴化棉（Coton-Br），然后利用方便可控的表面引发-原子转移自由基聚合（SI-ATRP）技术在溴化棉材料表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）聚合物刷，继续利用SI-ATRP技术，在PGMA聚合物刷后面接枝一段聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐（PSMP）聚合物刷，SI-ATRP反应结束后，通过开环反应在PGMA上引入二乙烯三胺（DETA）,然后通过静电作用将对Cd2+有吸附作用的5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(对甲苯磺酸盐)（TMPyP）引入到PSMP上，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP -TMPyP改性棉纤维材料。本发明得到的改性棉纤维材料吸附Cd2+显色反应建立Cd2+浓度与显色吸光率之间的线性关系，PGMA链段上引入的胺基增大了CPDPT材料对镉离子的吸附量，CPDPT可以成功应用于水体中Cd2+的检测与吸附。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、实现棉纤维的多功能化，通过化学改性方法，赋予其检测与吸附性能；
2、棉纤维表面富含羟基，容易改性接枝；
3、采用SI-ATRP方法和无环多聚胺胺化对棉纤维进行化学改性，操作简单且易于控制；
4、CPDPT材料对镉离子的响应时间短，颜色变化快且明显，可以用于快速检测镉离子；
5、嵌段聚合后，PGMA链段上引入的胺基增大了CPDPT材料对镉离子的吸附量。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）、溴化反应：取1g棉纤维和30mL DCM加入容器中，再将容器置于冰水浴中，然后取10mL BIBB加入容器中，再缓慢加入吡啶1mL，加完后密封容器，并置于磁力搅拌器中，搅拌转速为150 rpm，室温中反应20h，反应完成后得到Cotton-Br，将Cotton-Br取出，用丙酮和去离子水反复冲洗，最后晾干，并存储于干燥箱，备用。
（2）、SI-ATRP反应：取Cotton-Br置于容器中，然后加入5mL去离子水，10mL DMF，15mL GMA，0.5g Bpy，0.1g CuBr和CuBr2（CuBr和CuBr2质量比例为3:1），磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，在45℃和Ar氛围下反应2h，反应完毕后得到Cotton-PGMA，依次用THF、丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（3）、SI-ATRP反应：取0.05g Cotton-PGMA、0.1g Bpy、0.05g CuBr和1g SMP溶解在混合溶液（2mL去离子水和8mL甲醇）中，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，反应12 h，反应完毕后得到Cotton-PGMA-PSMP，反复用过量的0.1mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）溶液、去离子水洗涤，晾干备用。
（4）、胺化反应：取Cotton-PGMA-PSMP置于试管内，加入5mL THF和5mL的DETA，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，在室温中反应24h，反应完毕后得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP，用丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（5）、静电复合反应：按照1:1的固液比，将Cotton-PGMA(DETA)-PSMP浸泡在15mg/L的TMPyP溶液中，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，室温中反应12h，反应完毕后得到改性棉纤维Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP（简称CPDPT），取出CPDPT，用去离子水反复洗涤，晾干备用。
吸附测试
将制备好的改性棉纤维材料（CPDPT）做吸附实验，吸附量的测算方法如下：取50mgCPDPT加入到50ml的4 mmol/L的Cd(NO3)2溶液中，室温下避光震荡至吸附平衡后，测定溶液中镉离子浓度以及观察材料显色情况。依下式计算CPDPT材料的吸附量（q）：
q=（C0－Ce）V/m；
q (mmol /g)为平衡吸附量；
C0和Ce分别为镉离子的原始溶液浓度和吸附平衡浓度（mmol/L）；
V为吸附溶液的体积（L）；
m为吸附剂CPDPT的质量。
测试结果：
如附图2所示，随着吸附时间的增加，CPDPT材料的颜色由浅逐渐变深，从图中可以看出，在10min内能达到饱和吸附量的90%，这一快速显色反应有助于检测污水中是否含有镉离子，同时特别适合于现场检测。通过计算，本实施例制备的CPDPT材料对镉离子的吸附能力达到了141.12 mg/g，非常适合处理含有镉离子的污水。
实施例2
（1）、溴化反应：取0.8g棉纤维和20mL DCM加入容器中，再将容器置于冰水浴中，然后取8mL BIBB加入容器中，再缓慢加入吡啶0.8mL，加完后密封容器，并置于磁力搅拌器中，搅拌转速为150 rpm，室温中反应20h，反应完成后得到Cotton-Br，将Cotton-Br取出，用丙酮和去离子水反复冲洗，最后晾干，并存储于干燥箱，备用。
（2）、SI-ATRP反应：取0.1g Cotton-Br置于容器中，然后加入10mL去离子水，8mLDMF，12mL GMA，0.2g Bpy，0.1g CuBr和CuBr2（CuBr和CuBr2质量比例为2:1），磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，在45℃和Ar氛围下反应2h，反应完毕后得到Cotton-PGMA，依次用THF、丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（3）、SI-ATRP反应：取0.05g Cotton-PGMA、0.08g Bpy、0.08g CuBr和1.5g SMP溶解在混合溶液（2mL去离子水和10mL甲醇）中，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，反应10 h，反应完毕后得到Cotton-PGMA-PSMP，反复用过量的0.1mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）溶液、去离子水洗涤，晾干备用。
（4）、胺化反应：取0.1g Cotton-PGMA-PSMP置于试管内，加入8mL THF和20mL的DETA，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，在室温中反应20h，反应完毕后得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP，用丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（5）、静电复合反应：按照3:1的固液比，将Cotton-PGMA(DETA)-PSMP浸泡在15mg/L的TMPyP溶液中，磁力搅拌下，搅拌转速为150rpm，室温中反应15h，反应完毕后得到改性棉纤维Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP（简称CPDPT），取出CPDPT，用去离子水反复洗涤，晾干备用。
实施例3
（1）取1.8g棉纤维和20mL DCM加入容器中，进行冰水浴，然后，加入18mL BIBB，再缓慢加入吡啶1.8mL，加完后密封容器，磁力搅拌，转速为150 rpm，室温中反应40h，得到Cotton-Br，用丙酮和去离子水反复洗涤，晾干备用。
（2）取0.15g Cotton-Br置于容器中，然后加入10mL去离子水，15mL DMF，20mLGMA，0.5g Bpy，0.2g CuBr和CuBr2（CuBr和CuBr2质量比例为3:1），磁力搅拌，转速为150rpm，在45℃和Ar氛围下反应3h，得到Cotton-PGMA，依次用THF、丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（3）取0.15g Cotton-PGMA、0.12g Bpy、0.15g CuBr和2.5g SMP溶解在混合溶液（3mL去离子水和25mL甲醇）中，磁力搅拌，转速为150rpm，反应15 h，得到Cotton-PGMA-PSMP，用过量的0.1mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）溶液、去离子水洗涤，晾干备用。
（4）取0.2g Cotton-PGMA-PSMP置于试管内，加入8mL THF和32mL的DETA，磁力搅拌，转速为150rpm，在室温下反应30h，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP，用丙酮和去离子水洗涤，晾干备用。
（5）按照4:1的固液比，将Cotton-PGMA(DETA)-PSMP浸泡在15mg/L的TMPyP溶液中，磁力搅拌，转速为150rpm，室温下反应15h，得到改性棉纤维Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP（简称CPDPT），用去离子水洗涤，晾干备用。
综上所述，本发明提供了一种改性棉纤维及制备方法与应用，本发明利用含量丰富、易于改性的棉纤维作为吸附剂基体，与2-溴异丁酰溴（BIBB）发生取代反应得到溴化棉（Cotton-Br），然后利用方便可控的表面引发-原子转移自由基聚合（SI-ATRP）技术在溴化棉材料表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）聚合物刷，并进一步在PGMA聚合物刷后面接枝一段聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐（PSMP）聚合物刷，然后通过开环反应在PGMA上引入二乙烯三胺（DETA）,最后通过静电作用将5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(对甲苯磺酸盐)（TMPyP）引入到PSMP上，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP -TMPyP（CPDPT）改性棉纤维材料。
本发明得到的改性棉纤维材料对Cd2+表现出快速显色，在10min内能达到饱和吸附量的90%，适合于现场检测；对Cd2+吸附能力达到了141.12 mg/g，吸附高效，且操作简单，适于处理含镉的污水；并且所用原材料棉纤维廉价易得，并且本发明所采用的SI-ATRP方法操作简单且易于控制，所得产物清洁无污染，解决了现有技术检测及处理费用高、产生二次污染的问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种改性棉纤维的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A、棉纤维和2-溴异丁酰溴室温下反应12-48h，得到溴化棉；
步骤B、溴化棉和GMA在40-50℃下反应1-4h，得到Cotton-PGMA；
步骤C、Cotton-PGMA和SMP惰性气氛下反应6-24h，得到Cotton-PGMA-PSMP；
步骤D、Cotton-PGMA-PSMP和DETA室温下反应12-48h，得到Cotton-PGMA（DETA）-PSMP；
步骤E、将Cotton-PGMA（DETA）-PSMP和TMPyP室温下反应6-24h，得到Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP；
所述步骤B中，所述溴化棉和所述GMA在氩气氛围下反应；
所述步骤E中，所述Cotton-PGMA（DETA）-PSMP和TMPyP的质量比为1-5:1。
2.根据权利要求1所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤A的反应溶剂为二氯甲烷，反应催化剂为吡啶。
3.根据权利要求1所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤A的反应条件还包括：密闭，并置于磁力搅拌下进行反应。
4.根据权利要求1所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤B的反应溶剂为去离子水和二甲基甲酰胺的混合液，反应催化剂为2,2-联吡啶、CuBr和CuBr2。
5.根据权利要求4所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述CuBr和CuBr2的质量比为1-5:1。
6.根据权利要求1所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤C的反应溶剂为去离子水和甲醇的混合液，反应催化剂为CuBr和Bpy。
7.根据权利要求1所述的改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤D的反应溶剂为四氢呋喃。
8.一种改性棉纤维，其特征在于，采用如权利要求1~7任一所述的制备方法制备而成。
9.一种改性棉纤维的应用，其特征在于，将如权利要求8所述的改性棉纤维应用于检测和吸附镉离子。
CN201710249925.3A 2017-04-17 2017-04-17 一种改性棉纤维及制备方法与应用 Active CN107099999B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710249925.3A CN107099999B (zh) 2017-04-17 2017-04-17 一种改性棉纤维及制备方法与应用
PCT/CN2017/115318 WO2018192239A1 (zh) 2017-04-17 2017-12-08 一种改性棉纤维及制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710249925.3A CN107099999B (zh) 2017-04-17 2017-04-17 一种改性棉纤维及制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107099999A CN107099999A (zh) 2017-08-29
CN107099999B true CN107099999B (zh) 2019-10-25

Family

ID=59656288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710249925.3A Active CN107099999B (zh) 2017-04-17 2017-04-17 一种改性棉纤维及制备方法与应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107099999B (zh)
WO (1) WO2018192239A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107099999B (zh) * 2017-04-17 2019-10-25 深圳大学 一种改性棉纤维及制备方法与应用
CN109912046A (zh) * 2019-03-30 2019-06-21 杨晓飞 一种农业污水处理剂及其制备方法
CN110124623A (zh) * 2019-05-21 2019-08-16 南昌大学 一种改性玉米秸秆纤维素吸附剂、制备方法及用途

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709340A (zh) * 2013-12-29 2014-04-09 哈尔滨工业大学 粉末活性炭表面接枝聚(n-异丙基丙烯酰胺)的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1970876A (zh) * 2006-12-01 2007-05-30 陕西师范大学 一种制备具有亲水或疏水性纤维的方法
CN103706334A (zh) * 2014-01-07 2014-04-09 福州大学 一种结构可控的纤维素吸附剂及其制备方法
CN104345043B (zh) * 2014-07-16 2020-07-31 天津工业大学 一种重金属离子检测用卟啉光学传感功能膜及其制备方法
CN104667891A (zh) * 2015-02-09 2015-06-03 南京工业大学 一种吸附水中重金属螯合纤维材料的制备方法
CN107099999B (zh) * 2017-04-17 2019-10-25 深圳大学 一种改性棉纤维及制备方法与应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103709340A (zh) * 2013-12-29 2014-04-09 哈尔滨工业大学 粉末活性炭表面接枝聚(n-异丙基丙烯酰胺)的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
功能性棉纤维对Cd2+离子的简便检测和预聚;梁晓燕等;《中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十六分会：环境化学》;20160701;第1页 *
表面引发ATRP法制备棉花吸附剂及其吸附重金属和全氟化合物的研究;郑玉琴;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20121215;B027-190 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107099999A (zh) 2017-08-29
WO2018192239A1 (zh) 2018-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107099999B (zh) 一种改性棉纤维及制备方法与应用
CN101759809B (zh) 一种二硫代氨基甲酸基改性多孔淀粉的制备方法
CN101759808B (zh) 一种多胺改性多孔淀粉的制备方法
CN106076279A (zh) 一种重金属离子吸附剂及其制备方法和应用
CN106076276B (zh) 一种工业废水处理用吸附剂及其制备方法
CN106008843B (zh) 一种表面改性离子印迹聚合物微球及其制备方法
CN105709704A (zh) 一种壳聚糖基吸附剂的制备及其在重金属离子废水处理中的应用
CN105771912B (zh) 一种多功能生物吸附材料及其制备方法
CN110146559A (zh) 一种土壤污染检测方法
CN110243890A (zh) 一种Mn-ZIF67材料的制备方法及汞离子的检测方法
CN107413305A (zh) 聚苯胺‑硅藻土/Fe3 O4‑壳聚糖复合材料的制备方法
CN110483746A (zh) 一种新型共价有机框架材料的合成及其在金属离子识别和染料吸附中的应用
CN101595062B (zh) 用于废水处理的核壳微球
CN107597076A (zh) 一种氨基纤维素及其应用
CN105482025B (zh) 反相微乳聚合法制备吸附亚甲基蓝用分子印迹聚合物
CN105457505A (zh) 吸附重金属离子型抗污染杂化平板分离膜及其制备方法
CN112499717B (zh) 一种聚合物包含膜在染料吸附中的应用
CN107417952B (zh) 一种纤维素荧光膜及其制备方法
CN104744618B (zh) 一种内酰胺基团修饰的金吸附树脂的制备方法
CN106084188B (zh) 一种咪唑基多孔有机离子聚合物的制备方法
Hu et al. Adsorption removal of cationic dyes from wastewater using the corn straw modified with diethylenetriaminepentacetic acid ligand
CN109603768B (zh) 一种经济可再生的沼渣基重金属吸附剂的制备方法
CN103623788A (zh) 一种磁性介孔自由基可控聚合离子印迹吸附剂的制备方法
CN104744634A (zh) 一种利用双功能单体协同作用制备铅离子印迹聚合物微球的方法
CN106238010A (zh) 一种螯合型金属离子浮选药剂、其制备方法及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant