一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料及其應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料及其應(yīng)用，以季銨—磺酸化纖維素為載體，通過(guò)共混的方式負(fù)載氧化石墨烯和殼聚糖，利用三者間自主結(jié)合力，經(jīng)冷凍干燥制得季銨—磺酸化纖維素/氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合多孔材料，其中，以重量份計(jì)，季銨—磺酸化纖維素為5-8份，氧化石墨烯為0.5-3份，殼聚糖為0.5-3份。該復(fù)合材料安全無(wú)毒、生物相容性和降解性好，具備較規(guī)整三維多孔結(jié)構(gòu)、良好的機(jī)械強(qiáng)度和高效的吸附能力。可用于吸水除油和重金屬離子廢水、有機(jī)廢水的處理，并有望作為空氣凈化材料、醫(yī)用吸附材料等各類(lèi)過(guò)濾材料使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料及其應(yīng)用，具體涉及一種基于季銨-磺酸化纖維素的復(fù)合材料及其應(yīng)用，屬于功能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素是地球上最為豐富的天然有機(jī)可再生資源，具備來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，無(wú)毒環(huán)保、生物相容性好且可完全降解等優(yōu)點(diǎn)，使其作為吸附劑載體材料使用時(shí)有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其中兩性纖維素是一類(lèi)同時(shí)含有陽(yáng)離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的改性纖維素，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶負(fù)電荷和帶正電荷污染物的有效吸附，效率顯著提高，其應(yīng)用范圍更為廣泛。
[0003]氧化石墨烯是天然石墨經(jīng)化學(xué)氧化及剝離后得到的一種單層碳原子二維納米材料，其寬厚比高達(dá)1000，比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高，表面和邊緣隨機(jī)分布著大量含氧基團(tuán)(片層中間:-0H、C-0-C，邊緣:-C=0、-C00H)，具有兩親性，從薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布，顯示出良好的潤(rùn)濕性能和表面活性，并在水中表現(xiàn)出優(yōu)越的分散性，這些特點(diǎn)都是其廣泛用于復(fù)合材料制備的原因，它可在材料中均勻分散、易于其它組分相互作用，可改善復(fù)合材料的綜合性能。
[0004]殼聚糖是自然界大量存在的天然多糖高分子，儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素，具有良好的生物相容性和生物降解性，殼聚糖分子內(nèi)大量存在的羥基和胺基，能與多種重金屬離子進(jìn)行絡(luò)合，廣泛用于重金屬離子廢水治理中的絮凝劑和螯合劑，是一種環(huán)境友好型的天然吸附劑。但當(dāng)殼聚糖單獨(dú)作為吸附 劑使用時(shí)，容易因?yàn)樽陨碣|(zhì)子化而削弱其吸附能力，將其通過(guò)交聯(lián)或共混的方式與其它材料復(fù)合后，可顯著提升材料的綜合性能。
[0005]近年來(lái)，我國(guó)面臨著水污染等日趨嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。水體中主要污染物包括重金屬離子、可溶性有機(jī)物及難生物降解化合物等。處理這類(lèi)污水的方法主要包括物理法、化學(xué)法、生物化學(xué)法和物理化學(xué)法四大類(lèi):其中物理法作用局限，只限于分離廢水中不溶或者微溶物質(zhì)；化學(xué)法處理手段單一，且成本較高，過(guò)程繁瑣；而生物化學(xué)法技術(shù)不夠成熟，還未廣泛用于實(shí)際廢水處理中。物理化學(xué)法是運(yùn)用物理和化學(xué)的綜合作用凈化廢水的方法，包括吸附法、離子交換法、膜分離法、浮選法、萃取法、蒸發(fā)法、結(jié)晶法、吹脫法等。其中吸附法是一種簡(jiǎn)單高效、費(fèi)用低廉的污水處理方法，已被廣泛用于各類(lèi)污水處理，提高該方法效率的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)更加高效、環(huán)保、價(jià)廉的吸附劑材料。目前各種常規(guī)吸附劑在處理體系較為復(fù)雜的污水時(shí)往往難以做到一次性處理達(dá)標(biāo)，效率低下；即便一些化學(xué)合成型吸附劑對(duì)污染物有較好去除效果，卻因其分解產(chǎn)物的毒性而難以避免二次污染問(wèn)題。因此，尋求高效環(huán)保、成本低廉的吸附劑成為近年來(lái)水處理科學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)課題。
[0006]鑒于兩性纖維素、氧化石墨烯和殼聚糖均為可再生、廉價(jià)易得的材料，在應(yīng)用領(lǐng)域又各有特點(diǎn)，如果能將三者制備成一種復(fù)合材料，用于廢水處理、空氣凈化、醫(yī)用吸附材料等領(lǐng)域，意義重大，具有很好的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用價(jià)值，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供了一種基于季銨一磺酸化兩性纖維素的季銨一磺酸化纖維素/氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合材料，該材料具備較規(guī)整的三維多孔結(jié)構(gòu)、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及高效的吸附能力，能夠應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化、醫(yī)用吸附等領(lǐng)域。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，以季銨一磺酸化纖維素為載體，通過(guò)共混的方式負(fù)載氧化石墨烯和殼聚糖，利用三者間自主結(jié)合力，經(jīng)冷凍干燥制得季銨一磺酸化纖維素/氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合多孔材料，其中，以重量份計(jì)，季銨一磺酸化纖維素為5-8份，氧化石墨烯為0.5-3份，殼聚糖為0.5-3份。(建議此句刪除，屬于機(jī)理性東西，此處沒(méi)必要提)
前述氧化石墨烯由氧化石墨經(jīng)超聲剝層制得，為單層氧化石墨烯、多層氧化石墨烯或二者的混合物。
[0009]前述殼聚糖的脫乙酰度為75%_95%。
[0010]前述季銨一磺酸化纖維素由纖維素進(jìn)行兩性改性制得，首先通過(guò)對(duì)纖維素堿預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)羥基活化，然后以3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨作醚化劑對(duì)堿性纖維素進(jìn)行季銨化改性得到季銨化纖維素，再用單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸對(duì)季銨化纖維素進(jìn)行磺酸化處理，得到兩性的季銨一磺酸化纖維素。
[0011 ] 前述季銨一磺酸化纖維素的結(jié)構(gòu)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，以季銨一磺酸化纖維素為載體，通過(guò)共混的方式負(fù)載氧化石墨烯和殼聚糖，利用三者間自主結(jié)合力，經(jīng)冷凍干燥制得季銨一磺酸化纖維素/氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合多孔材料，其中，以重量份計(jì)，季銨一磺酸化纖維素為5-8份，氧化石墨烯為0.5-3份，殼聚糖為0.5-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，上述氧化石墨烯由氧化石墨經(jīng)超聲剝層制得，為單層氧化石墨烯、多層氧化石墨烯或二者的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，上述殼聚糖的脫乙酰度為75%-95%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料,其特征在于,上述季銨一磺酸化纖維素由纖維素進(jìn)行兩性改性制得，首先通過(guò)對(duì)纖維素堿預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)羥基活化，然后以3-氯-2羥丙基三甲基氯化銨作醚化劑對(duì)堿性纖維素進(jìn)行季銨化改性得到季銨化纖維素，再用單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸對(duì)季銨化纖維素進(jìn)行磺酸化處理，得到兩性的季銨一磺酸化纖維素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，上述季銨一磺酸化纖維素的結(jié)構(gòu)式為:
OHIJL IzIr}-_s=c—V




η-1


RR
其中:R = CONHC (CH3) 2CH2S03H
------1和2均表不纖維素 分子鏈表示聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)分子鏈。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料,其特征在于，上述纖維素選自天然纖維素類(lèi)纖維及制品、再生纖維素類(lèi)纖維及制品、纖維素類(lèi)植物或材料、微晶纖維素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，上述天然纖維素類(lèi)纖維及制品為棉或麻，上述再生纖維素類(lèi)纖維及制品為粘膠纖維或竹漿纖維，上述纖維素類(lèi)植物或材料為秸桿或木材。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料，其特征在于，所述氧化石墨由改進(jìn)型Hummer法制得。
9.權(quán)利要求1所述的一種基于兩性纖維素的復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，該材料可應(yīng)用于吸水除油、重金屬離子廢水和有機(jī)廢水處理、空氣凈化、醫(yī)用吸附材料。
【文檔編號(hào)】C08L51/02GK103497476SQ201310483370
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】陳宇岳, 熊佳慶, 林紅, 蘇公磊 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)