精宏分享离子液体改性微晶纤维素的制备

０ 引言

目前，我国重金属离子污染十分严重，主 要 来 源于工业污 染、交 通 污 染 和 生 活 垃 圾 污 染 ．铜是 污染源中几 大 常 见 危 害 性 重 金 属 之 一，对 人 体 造 血、细胞生长、生物酶的活动、内分泌腺功能均有影 响 ．目前，废水中的重金属处理方法可归纳为化 学沉 积 法、离 子 交 换 法、吸 附 法、电 化 学 法、絮凝法等．

１ 实验部分

１．１ 实验原料及仪器

（１）实验原料：微晶纤维素（ＭＣＣ），化学纯，成 都市科龙化工试剂厂；２－溴丙酸，９８％，上海麦克林 生化科技有限公司；甲苯，分析纯，国药集团化学试 剂有限公司；１－甲基咪唑，９９％，上海麦克林生化科 技有限公司；硝酸铜，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；对甲苯磺酸，分析纯，广东省化学试剂工程技术 研究开发中心．
（２）主要仪器：傅里叶红外光谱仪，德国布鲁克 Ｂｒｕｋｅｒ；Ｘ 射线 衍 射 仪，德 国 布 鲁 克 Ｂｒｕｋｅｒ；紫外 可见分光光度计，美国安捷伦 Ａｇｉｌｅｎｔ；同步热分析 仪，德国耐驰 ＮＥＴＺＳＣＨ．

１．２ 实验方法

１．２．１ 纤维素的酯化反应

准确称量１．００ｇＭＣＣ、８．８０ｇ２－溴丙酸、０．０７ｇ 对甲苯磺酸和８０ｍＬ甲苯一同加入１００ｍＬ单口烧 瓶中，放入磁力转子，连接分水器和冷凝管；之后将 单口烧瓶置于１３０℃油浴锅中恒温加热．冷凝回流７ ｈ后，打开分水器侧管活塞，缓慢放出侧管中甲苯－水 混合液，逐渐蒸出烧瓶中甲苯．反应完成后，用无水 乙醇洗涤，将所得产物用离心机以３０００ｒ／ｍｉｎ的速 度离心３ ｍｉｎ．之后 置 于６０ ℃真空干燥箱（上海精宏DZF-6020真空干燥箱）内干燥 １２ｈ，最终得到改性纤维素酯（ＭＣＣ－Ｂｒ）．

１．２．２ 纤维素酯（ＭＣＣ－Ｂｒ）的烷基化反应

将１５ｍＬ１－甲基咪唑和１．００ｇＭＣＣ－Ｂｒ加入 ８０ｍＬ乙醇中，７０ ℃水浴恒温搅拌反应２４ｈ后， 将粗产物用无水乙醇洗涤，将所得产物用离心机以 ３０００ｒ／ｍｉｎ的速度离心３ｍｉｎ．之后置于６０ ℃真 空干燥箱内干 燥１２ｈ，最终得到离子液体改性微 晶纤维素（ＭＣＣ－ＩＬ）．

１．２．３ 材料表征方法

通过 ＦＴ－ＩＲ 对样 品 的 化 学 官 能 团 进 行 分 析， 扫描范围为４０００～４００ｃｍ－１，分辨 率 为４ｃｍ－１； 通过 ＴＧ 对样品进行热重分析，扫描 温 度 范 围 从 ３０℃～７００℃，升温速率为１０℃／ｍｉｎ；通过ＸＲＤ对 样品的晶型结构进行分析，扫描范围是１０°～７０°， 扫描速度为０．１°／ｓ．

１．２．４ 改性纤维素吸附铜离子实验

（１）在实验过程中，将１０ｍＬ一定浓度的铜离 子溶液和一定质量的改性纤维素混合，静 置２４ｈ 后，取上层吸附后溶液，利用紫外分光光度计确定 吸附后浓度．通过公式（１）计算吸附量 ． 　　　　　　 Ｑ ＝（Ｃ０ －Ｃｔ）Ｖ ｍ （１） 式（１）中：Ｑ—吸附 量，ｍｇ／ｇ；Ｃ０—初始 浓 度， ｍｇ／Ｌ；Ｃｔ—吸附后的浓度 ｍｇ／Ｌ；Ｖ—体积，Ｌ；ｍ— 吸附剂质量，ｇ．
（２）进行单 因 素 实 验，研 究 ｐＨ 值、时 间、初 始浓度对最大吸附量的影响以及 ＭＣＣ－ＩＬ 吸附铜离 子是否具有选择性．

２ 结果与讨论

通过微晶纤维素的简单酯化和烷基化 反应设计和制备了一种新的咪唑类离子液体官能 团改性的生物 质 吸 附 剂，改 性 过 程 如 图１所 示．由于氢键和配位作用等，制备的吸附剂预计对铜离子 具有良好的吸附能力和选择性．

经 过 对 ＭＣＣ、ＭＣＣ－Ｂｒ、ＭＣＣ－ＩＬ 的 ＸＲＤ分析可 知，改 性 后 纤 维 素 晶 型 与 ＭＣＣ 晶 型相似，仍保留纤维素Ⅰ原有晶型结构，改性前后 纤维素均显示纤维素特征峰：具有以２θ＝２２．５°为 中心的尖锐的高强度峰为纤维素Ⅰ型的（００２）晶面 衍射峰；在１４．７°和１６．４°处具有两个重叠较弱的 纤维素Ⅰ型的（１０１）晶面衍射峰；以及在３４．２°处 较弱的峰为纤维 素Ⅰ型 的（０４０）晶面 衍 射 峰．表 明 咪唑类离子液体并未溶解纤维素，改性未破坏纤维 素结晶区及结晶结构 ．

３ 结论

通过 ＦＴ－ＩＲ、ＴＧ、ＸＲＤ表征手段证明，咪唑类 离子液体官能化纤维素改性成功． 分析 ＭＣＣ－ＩＬ 的吸 附 效 果，在 ｐＨ 值 为 ４，吸 附剂用量为０．０５ｇ，接触时间为２４ｈ，铜离子初始 浓度为９００ｍｇ／Ｌ时，ＭＣＣ－ＩＬ 对铜离子溶液达到 最大 吸 附 量 为 １３８．３ ｍｇ／ｇ．吸附 模 型 符 合 Ｌａｎｇ－ ｍｕｉｒ模型和伪二级动力吸 附 模 型．通 过 与 Ｚｎ２＋ 和 Ｎｉ２＋ 的吸附效果对比证明了改性纤维素对铜离子 有一定的选择性吸附作用． 纤维素的化学改性有效地改善了其吸附性能， 改性后的纤维素应用领域广泛，尤其是对重金属的 吸附应用领域 具 有 良 好 的 发 展 前 景．与 此 同 时，随 着改性方法、改性手段、改性机理的日益成熟，纤维 素作为高值化吸附分离材料将具有广阔的发展空间．