CN116023715B - 一种纤维素复合气凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维素复合气凝胶及其制备方法和应用。本方法以微晶纤维素为基底材料，利用聚合物吸附现象对微晶纤维素表面进行改性，采用溶液混合技术将生物聚合物甲基纤维素吸附在微晶纤维素表面，并且利用聚乙烯亚胺引入具有强配位作用的特定官能团，以提高复合气凝胶的靶向吸附性能、润湿性和机械弹性，最后通过环氧氯丙烷作为化学交联增强纤维素复合气凝胶，制备得到具有良好机械性能和湿弹性的纤维素复合气凝胶；本方法利用资源丰富的天然生物质纤维素为原材料，制备了一种用于去除水中重金属污染的具有良好性能的纤维素复合气凝胶。本申请弥补纤维素高分子研究的空缺，为纤维素的高附加值利用起到积极的推动作用。

Description

一种纤维素复合气凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及天然高分子改性材料技术领域，尤其涉及一种纤维素复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界人口的急剧增长和社会工业化发展，重金属离子已经成为最危险和广泛的水污染物。从人类居民生活和各个行业体系中排放的重金属离子会逐渐进入地下水、江河湖泊和大海中，对环境生态和人类健康产生极大的危害，重金属对环境的危害性突出表现为：不能生物降解，倾向于在活的机体中富集，导致各种疾病和机能紊乱等。废水中常见的重金属离子主要为Cu²⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺等。传统的水中重金属去除方法主要有化学沉淀法，吸附法，离子交换法，膜分离等，其中吸附是去除低浓度废水中重金属离子广泛采用的技术。吸附法是充分利用多孔固态吸附材料，通过吸附作用，吸附剂表面承载着被吸附的重金属离子，因而可有效去除重金属离子。此外，由于大多数吸附过程的可逆性质，吸附可以通过适当的解吸过程重新生成。

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一。由于气凝胶材料的分散介质是气体，且作为凝胶网络骨架的固体相，以及网络的空隙结构均为纳米级别，这种连续三维纳米网络结构使其具有独特的性能，如高孔隙率，高比表面积，低热传导系数，可调表面化学等。这些独特的性质使得该材料在废水处理研究中引起人们兴趣。利用自然界中广泛存在的生物质-纤维素作为基底材料制备的纤维素气凝胶，逐渐成为气凝胶材料中研究的热点。由于纤维素中的多种高分子成分含有大量活性官能团，易于后期改性，从而起到高效、快速地去除废水中的重金属离子的作用。纤维素的改性方法包括物理改性、化学改性和生物改性等，其中最主要的方法是化学改性，包括酯化、醚化、接枝共聚、交联、溶解和再生等技术。如通过对天然纤维素所具有的羟基进行改性后可引入对阳离子具有吸附能力的羧基、磺酸基、磷酸基等，通过交联或接枝，经胺化可制备阴离子吸附剂处理制成两性离子吸附剂，这些吸附剂被广泛用于重金属离子废水、染料废水、有机废水、造纸废水、农业生产废水等的处理。

然而，传统的纤维素气凝胶是利用纤维素分子在超微结构层面上的氢键连接而形成的多孔结构，而纤维素上的许多羟基无法形成有效的氢键作用，这使得纤维素气凝胶存在力学强度低、弹性差、易碎等问题。

因此，基于目前的纤维素气凝胶存在的弹性差、力学强度低、亲水性较差、易碎的问题，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种纤维素复合气凝胶及其制备方法和应用，以解决解决现有技术中存在的缺陷。

第一方面，本发明提供了一种纤维素复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将NaOH、尿素和水混合后，冷冻处理，得到冰的混合水溶液；

将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，得到微晶纤维素溶液；

将甲基纤维素分散在水中，得到甲基纤维素溶液；

将甲基纤维素溶液加入至微晶纤维素溶液混合得到纤维素复合溶液；

将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌后，再加入环氧氯丙烷发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液；

对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥，得到纤维素复合气凝胶。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，将NaOH、尿素和水混合后，于-20℃～-15℃下冷冻处理0.5～2h，得到冰的混合水溶液。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，于-5～5℃冰浴下搅拌，得到微晶纤维素溶液。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥之前还包括：将纤维素复合水凝胶溶液加入至透析袋中进行透析处理。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，将NaOH、尿素和水混合的步骤中，NaOH、尿素和水的质量比为(5～10):(10～15):(75～85)。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，微晶纤维素、冰的混合水溶液、甲基纤维素、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷的质量比为(0.5～2):(45～55):(0.5～2):(0.5～2):(0.1～2)。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，将甲基纤维素分散在水中的步骤中，甲基纤维素和水的质量比为(0.5～2):(45～55)。

优选的是，所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌20～40min后，再加入环氧氯丙烷，搅拌3～5h发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液。

第二方面，本发明还提供了一种纤维素复合气凝胶，采用所述的制备方法制备得到。

第三方面，本发明还提供了一种所述的纤维素复合气凝胶在吸附重金属离子中的应用。

本发明的一种纤维素复合气凝胶的制备方法具有以下有益效果：

本发明的纤维素复合气凝胶的制备方法，解决了现有的纤维素气凝胶力学强度低、弹性差、易碎而不易重复利用的问题，本方法以微晶纤维素为基底材料，利用聚合物吸附现象对微晶纤维素表面进行改性，采用溶液混合技术将生物聚合物甲基纤维素吸附在微晶纤维素表面，并且利用聚乙烯亚胺引入具有强配位作用的特定官能团，以提高复合气凝胶的靶向吸附性能、润湿性和机械弹性，最后通过环氧氯丙烷作为化学交联增强纤维素复合气凝胶，制备得到具有良好机械性能和湿弹性的纤维素复合气凝胶；本申请的纤维素复合气凝胶的制备方法，利用交联聚合反应进行改性，结合溶胶凝胶法以生成纤维素复合水凝胶，采用冷冻干燥得到吸附重金属的纤维素复合气凝胶；本方法利用资源丰富的天然生物质纤维素为原材料，制备了一种用于去除水中重金属污染的具有良好性能的纤维素复合气凝胶。本申请以微晶纤维素为原材料制备环境友好型改性纤维素复合气凝胶的工艺流程，作为多种重金属离子的吸附剂，弥补纤维素高分子研究的空缺，为纤维素的高附加值利用起到积极的推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中制备得到的纤维素复合气凝胶的SEM图；

图2为本发明实施例1～4、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶的FTIR光谱图；

图3为本发明实施例1、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶以及对比例1中制备得到的纤维素气凝胶的XRD图谱；

图4为实施例1和对比例2制得的纤维素复合气凝胶的应力-应变曲线图；

图5为本发明实施例1、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶以及对比例1中制备得到的纤维素气凝胶的实物压缩回弹图；

图6为实施例1和对比例2制得的纤维素复合气凝胶的水接触角随时间变化图；

图7为实施例1制得的纤维素复合气凝胶对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺的吸附容量及去除率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

本申请实施例提供了一种纤维素复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将NaOH、尿素和水混合后，冷冻处理，得到冰的混合水溶液；

S2、将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，得到微晶纤维素溶液；

S3、将甲基纤维素分散在水中，得到甲基纤维素溶液；

S4、将甲基纤维素溶液加入至微晶纤维素溶液混合得到纤维素复合溶液；

S5、将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌后，再加入环氧氯丙烷发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液；

S6、对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥，得到纤维素复合气凝胶。

需要说明的是，本申请的纤维素复合气凝胶的制备方法，解决了现有的纤维素气凝胶力学强度低、弹性差、易碎而不易重复利用的问题，本方法以微晶纤维素(MCC)为基底材料，利用聚合物吸附现象对微晶纤维素表面进行改性，采用溶液混合技术将生物聚合物甲基纤维素(MC)吸附在微晶纤维素表面，并且利用聚乙烯亚胺(PEI)引入具有强配位作用的特定官能团，以提高复合气凝胶的靶向吸附性能、润湿性和机械弹性，最后通过环氧氯丙烷(ECH)作为化学交联增强纤维素复合气凝胶，制备得到具有良好机械性能和湿弹性的纤维素复合气凝胶；本申请的纤维素复合气凝胶的制备方法，利用交联聚合反应进行改性，结合溶胶凝胶法以生成纤维素复合水凝胶，采用冷冻干燥得到吸附重金属的纤维素复合气凝胶；本方法利用资源丰富的天然生物质纤维素为原材料，制备了一种用于去除水中重金属污染的具有良好性能的纤维素复合气凝胶。本申请以微晶纤维素为原材料料制备环境友好型改性纤维素复合气凝胶的工艺流程，作为多种重金属离子的吸附剂，弥补纤维素高分子研究的空缺，为纤维素的高附加值利用起到积极的推动作用。

在一些实施例中，将NaOH、尿素和水混合后，于-20℃～-15℃下冷冻处理0.5～2h，得到冰的混合水溶液。

在一些实施例中，将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，于-5～5℃冰浴下搅拌，得到微晶纤维素溶液。

在一些实施例中，对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥之前还包括：将纤维素复合水凝胶溶液加入至透析袋中进行透析处理。

具体的，将纤维素复合水凝胶溶液加入至透析袋(MW＝3500)中，再将透析袋浸入水中进行透析，透析时间为2～5d，期间换水8～10次，直至透析至中性，以去除溶液中未反应的试剂，从而达到对产物去杂、净化，得到纤维素复合水凝胶，最后对水凝胶进行冷冻干燥处理制备得到纤维素复合水凝胶。

在一些实施例中，将NaOH、尿素和水混合的步骤中，NaOH、尿素和水的质量比为(5～10):(10～15):(75～85)，优选的，质量比为7:12:81。

在一些实施例中，微晶纤维素、冰的混合水溶液、甲基纤维素、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷的质量比为(0.5～2):(45～55):(0.5～2):(0.5～2):(0.1～2)。

在一些实施例中，将甲基纤维素分散在水中的步骤中，甲基纤维素和水的质量比为(0.5～2):(45～55)。

在一些实施例中，将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌20～40min后，再加入环氧氯丙烷，搅拌3～5h发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种纤维素复合气凝胶，采用上述的制备方法制备得到。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种纤维素复合气凝胶在吸附重金属离子中的应用；具体的，本申请的纤维素复合气凝胶作为吸附剂吸附溶液中的重金属离子，重金属离子包括但不限于Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺等。

以下进一步以具体实施例说明本申请的纤维素复合气凝胶的制备方法。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本领域常规试剂、方法和设备。

以下实施例中吸附量的计算公式为：

在此处，q_e是重金属在吸附剂上的吸附量(mg/g)；V为溶液体积(L)；C₀和C_e是吸附前、后溶液中重金属离子的浓度(mg/L)；M吸附实验中吸附剂的质量(g)。

以下实施例和对比例中微晶纤维素和甲基纤维素均购买自阿拉丁试剂(上海)有限公司。

实施例1

本申请实施例提供了一种纤维素复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将NaOH、尿素和水混合后配制得到50g的混合水溶液，将混合水溶液于-18℃下冷冻处理1h，得到冰的混合水溶液；其中，NaOH、尿素和水的质量比为7:12:81；

S2、将1g微晶纤维素分散至步骤S1中冰的混合水溶液中，于5℃的冷水浴中磁力搅拌2h，得到微晶纤维素溶液；

S3、将1g甲基纤维素分散在50g的水中，于常温(25℃)下磁力搅拌2h，得到甲基纤维素溶液；

S4、利用溶液混合技术将步骤S3中甲基纤维素溶液加入到步骤S2中微晶纤维素溶液中，于常温下进行磁力搅拌1h，得到纤维素复合溶液；

S5、将1g聚乙烯亚胺加入到步骤S4中纤维素复合溶液中，于常温下磁力搅拌30min，然后加入0.5g环氧氯丙烷(即微晶纤维素和环氧氯丙烷的质量比为2:1)，继续于常温下进行磁力搅拌4h，发生交联聚合反应生成纤维素复合凝胶溶液；

S6、将步骤S5中得到的纤维素复合凝胶溶液加入至透析袋(MW＝3500)中进行透析处理，透析时间为3d，期间换水8～10次，直至透析至中性，以去除溶液中未反应的试剂，从而达到对产物去杂、净化，得到纤维素复合水凝胶，最后对水凝胶进行冷冻干燥处理制备得到纤维素复合气凝胶(记为PEI@MMA-1)。

实施例2

本申请实施例提供的纤维素复合气凝胶的制备方法，同实施例1，不同在于，步骤S5中将0.1g聚乙烯亚胺加入到步骤S4中纤维素复合溶液中，其余工艺条件均与实施例1相同，最终制备得到的纤维素复合气凝胶记为PEI@MMA-0.1。

实施例3

本申请实施例提供的纤维素复合气凝胶的制备方法，同实施例1，不同在于，步骤S5中将0.5g聚乙烯亚胺加入到步骤S4中纤维素复合溶液中，其余工艺条件均与实施例1相同，最终制备得到的纤维素复合气凝胶记为PEI@MMA-0.5。

实施例4

本申请实施例提供的纤维素复合气凝胶的制备方法，同实施例1，不同在于，步骤S5中将2g聚乙烯亚胺加入到步骤S4中纤维素复合溶液中，其余工艺条件均与实施例1相同，最终制备得到的纤维素复合气凝胶记为PEI@MMA-2。

对比例1

本对比例提供了一种纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将NaOH、尿素和水混合后配制得到50g的混合水溶液，将混合水溶液于-18℃下冷冻处理1h，得到冰的混合水溶液；其中，NaOH、尿素和水的质量比为7:12:81；

S2、将1g微晶纤维素分散至步骤S1中冰的混合水溶液中，于5℃的冷水浴中磁力搅拌2h，得到微晶纤维素溶液；

S3、将步骤S2中制备得到的微晶纤维素溶液于常温下磁力搅拌30min，然后加入0.5g环氧氯丙烷(即微晶纤维素和环氧氯丙烷的质量比为2:1)，继续于常温下进行磁力搅拌4h，发生交联聚合反应生成纤维素复合凝胶溶液；

S4、将步骤S3中得到的纤维素复合凝胶溶液加入至透析袋(MW＝3500)中进行透析处理，透析时间为3d，期间换水8～10次，直至透析至中性，，以去除溶液中未反应的试剂，从而达到对产物去杂、净化，得到纤维素复合水凝胶，最后对水凝胶进行冷冻干燥处理制备得到微晶纤维素气凝胶(记为MA)。

对比例2

本对比例提供了一种纤维素复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将NaOH、尿素和水混合后配制得到50g的混合水溶液，将混合水溶液于-18℃下冷冻处理1h，得到冰的混合水溶液；其中，NaOH、尿素和水的质量比为7:12:81；

S2、将1g微晶纤维素分散至步骤S1中冰的混合水溶液中，于5℃的冷水浴中磁力搅拌2h，得到微晶纤维素溶液；

S3、将1g甲基纤维素分散在50g的水中，于常温(25℃)下磁力搅拌2h，得到甲基纤维素溶液；

S4、利用溶液混合技术将步骤S3中甲基纤维素溶液加入到步骤S2中微晶纤维素溶液中，于常温下进行磁力搅拌1h，得到纤维素复合溶液；

S5、将步骤S4中纤维素复合溶液于常温下磁力搅拌30min，然后加入0.5g环氧氯丙烷(即微晶纤维素和环氧氯丙烷的质量比为2:1，继续于常温下进行磁力搅拌4h，发生交联聚合反应生成纤维素复合凝胶溶液；

S6、将步骤S5中得到的纤维素复合凝胶溶液加入至透析袋(MW＝3500)中进行透析处理，透析时间为3d，期间换水8～10次，直至透析至中性，，以去除溶液中未反应的试剂，从而达到对产物去杂、净化，得到纤维素复合水凝胶，最后对水凝胶进行冷冻干燥处理制备得到纤维素复合气凝胶(记为MMA)。

性能测试

图1为实施例1中制备得到的纤维素复合气凝胶的SEM图，从图1中可以看出，纤维素复合气凝胶的微观结构形貌，由于甲基纤维素的涂覆和PEI聚合物的交联导致所得气凝胶呈现出开放多孔的蜂窝状结构，每个通道由形似薄细胞壁的孔道(～100μm)组成，因高度互连的多孔结构可以有效地抵消外部应力，从而使其具有突出的可逆压缩弹性。此外，这种独特的蜂窝状框架可以提供传质途径，可以加速水中离子的扩散和液体渗透。

对实施例1～4、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶进行FTIR测试，测试结果如图2所示。

由于纤维素气凝胶是亲水性的，在温和的搅拌下可以很容易地重新分散到水中。因此为了提高纤维素复合气凝胶的稳定性和亲水性，引入了生物聚合物甲基纤维素与聚乙烯亚胺以提高纤维素复合气凝胶的吸附性能、润湿性和机械弹性。图2中FTIR光谱证实了纤维素复合气凝胶的成功改性。3446cm^-1、2910cm^-1、1374cm^-1和1062cm^-1处的特征峰分别为O-H伸缩振动、-CH₂的伸缩振动、C-H弯曲振动和C-O伸缩振动，均出现在纤维素复合气凝胶中。而随着聚乙烯亚胺的引入，环氧氯丙烷的键基团以及聚乙烯亚胺和微晶纤维素之间的交联聚合反应产生，在1664cm^-1和1571cm^-1处形成新的特征峰，对应着C-O伸缩振动和C-N伸缩振动。

将实施例1、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶以及对比例1中制备得到的纤维素气凝胶进行XRD测试，测试结果如图3所示。

从图3中可以看出，出现在15.9°、22.5°和34.5°处的衍射峰分别对应于I型纤维素的(101)、(002)和(040)晶面。通过对比可以观察到，随着甲基纤维素的引入，纤维素气凝胶样品在15.9°处的特征峰消失，22.5°处的衍射峰强度降低，转变为II型纤维素结构的101晶面。因此，可以推断甲基纤维素吸附在微晶纤维素表面后改变了纤维素的分子间和分子内作用力，导致晶型的变化，这种II型纤维素的结构更稳定，有利于吸附反应的进行，并且聚乙烯亚胺的引入并未改变纤维素气凝胶的晶型。

将实施例1和对比例2制得的纤维素复合气凝胶进行压缩应力应变测试，测试结果如图4所示。图4中a为实施例1中制备得到的纤维素复合气凝胶PEI@MMA-1，b为对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶MMA。

图4中，观察到不同的纤维素复合气凝胶的明显滞后回线，表明纤维素复合气凝胶的3D多孔支架在加压和减压过程中导致了机械能的消耗。PEI@MMA-1在70％应变下的最大抗压强度为0.12MPa，高于MMA(0.04MPa)。这可能是由于PEI@MMA-1中PEI和MCC的最佳交联度保证了压缩过程中片层孔壁发生变形而不是塌陷，从而使气凝胶具有较高的压缩回弹性，提高了气凝胶的机械强度。

图5为本发明实施例1、对比例2中制备得到的纤维素复合气凝胶以及对比例1中制备得到的纤维素气凝胶的实物压缩回弹图。

从图5中可以看出，对比例1中制备得到的单纯的纤维素气凝胶(MA)在经过压缩后，其内部骨架完全坍塌，无法回弹至原始高度与形状，机械性能较差。然而，对比例2制得的纤维素复合气凝胶(MMA)，由于甲基纤维素的引入提高了回弹性，在经过压缩后可以恢复到接近其原始形状，表现出了优异的压缩性。此外，实施例1制得的纤维素复合气凝胶(PEI@MMA-1)不仅表现出优异的压缩回弹性，而且结合图4的结果，还表现出了更高的机械强度。

将实施例1和对比例2制得的纤维素复合气凝胶进行接触角测试，测试结果如图6所示。

图6中可以清楚地看出，当水滴落在对比例2制得的纤维素复合气凝胶(MMA)表面的瞬间，在0.80s秒内扩散并渗透到气凝胶中。同样的，当水滴落在实施例1制得的纤维素复合气凝胶(PEI@MMA-1)表面的瞬间，仅仅0.05s秒内就立即扩散并渗透到气凝胶中，表现其具有更加优异的亲水性，这可能是由于PEI被环氧氯丙烷交联在MCC上后，增加了气凝胶内含氮和含氧官能团的数量。因此，更加良好的亲水性有利于气凝胶与水溶液中重金属离子的快速接触。

吸附性能测试

将本实施例1中制备得到的纤维素复合气凝胶进行吸附性能测试。重金属离子吸附测定方法：测定取数个干燥改性纤维素复合气凝胶(总重量为40mg左右)分别浸没于100ml浓度为50mg/L的Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺溶液中，在30℃条件下搅拌1d，吸附平衡后，取出纤维素复合气凝胶；利用火焰原子吸收光谱仪检测各溶液中剩余金属离子含量。计算得到实施例1中制得的纤维素复合气凝胶对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺的吸附容量及去除率，结果如图7所示。

通过上述反应所得的纤维素复合气凝胶具有较高金属离子吸附能力，对Cu²⁺、Pb^{2 +}、Cd²⁺吸附容量分别可达到123.6mg/g、124.2mg/g、108.3mg/g，去除率为98.9％、99.4％、86.6％。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将NaOH、尿素和水混合后，冷冻处理，得到冰的混合水溶液；

将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，得到微晶纤维素溶液；

将甲基纤维素分散在水中，得到甲基纤维素溶液；

将甲基纤维素溶液加入至微晶纤维素溶液混合得到纤维素复合溶液；

将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌后，再加入环氧氯丙烷发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液；

对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥，得到纤维素复合气凝胶；

微晶纤维素、冰的混合水溶液、甲基纤维素、聚乙烯亚胺、环氧氯丙烷的质量比为(0.5~2):(45~55):(0.5~2):(0.5~2):(0.1~2)；

将NaOH、尿素和水混合的步骤中，NaOH、尿素和水的质量比为(5~10):(10~15):(75~85)。

2.如权利要求1所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将NaOH、尿素和水混合后，于-20℃~-15℃下冷冻处理0.5~2h，得到冰的混合水溶液。

3.如权利要求1所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将微晶纤维素分散至冰的混合水溶液中，于-5~5℃冰浴下搅拌，得到微晶纤维素溶液。

4.如权利要求1~3任一所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，对纤维素复合水凝胶溶液进行冷冻干燥之前还包括：将纤维素复合水凝胶溶液加入至透析袋中进行透析处理。

5.如权利要求1所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将甲基纤维素分散在水中的步骤中，甲基纤维素和水的质量比为(0.5~2):(45~55)。

6.如权利要求1所述的纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，将聚乙烯亚胺加入至纤维素复合溶液搅拌20~40min后，再加入环氧氯丙烷，搅拌3~5h发生交联聚合反应以生成纤维素复合水凝胶溶液。

7.一种纤维素复合气凝胶，其特征在于，采用如权利要求1~6任一所述的制备方法制备得到。

8.一种如权利要求7所述的纤维素复合气凝胶在吸附重金属离子中的应用。