本發(fā)明涉及香蕉纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
由于重金屬在人類生產(chǎn)和生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并可直接或間接進(jìn)入大氣、水體、土壤中，使得環(huán)境中存在著不同程度的重金屬污染。重金屬通過(guò)人體呼吸道、消化道和皮膚等各種途徑被吸收，當(dāng)這些重金屬在人體內(nèi)累積到一定程度時(shí)，會(huì)直接影響人類健康甚至威脅生命。因此，各國(guó)迫切需要治理重金屬的污染，減少對(duì)人類或其他生物的危害，提高人們的健康水平，以及生態(tài)平衡。而現(xiàn)有一些吸附重金屬離子的方法吸附效率相對(duì)較低，不利于提高環(huán)境改善速度。
香蕉纖維是一種在收割果實(shí)后獲得的生態(tài)友好型纖維，目前世界上的香蕉纖維尚未得到大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，全球約有129個(gè)國(guó)家種植香蕉，香蕉莖皮每年的廢棄量巨大。海南也是我國(guó)的香蕉種植主要省份之一，如果能充分利用這一資源，將其變廢為寶，必將有利于提高香蕉種植業(yè)的效益，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。香蕉纖維的化學(xué)成分主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。然而，纖維素在大多數(shù)傳統(tǒng)有機(jī)溶劑中的溶解度很小，很難在其中進(jìn)行均勻的纖維素改性反應(yīng)。針對(duì)上述情況，急需一種方法，能夠解決上述技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，制得香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附能力強(qiáng)、吸附速度快，且具有良好的生物兼容性，可應(yīng)用于環(huán)境中重金屬污染的處理，有利于提高環(huán)境改善的效率，同時(shí)使得香蕉纖維得到充分利用，實(shí)現(xiàn)雙贏的效果。
本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
s1、香蕉纖維提純：將香蕉纖維切割后進(jìn)行酸洗、二次堿煮、水洗，得到香蕉纖維素；
s2、香蕉纖維素溶解：將步驟s1的香蕉纖維素溶于離子液體中，油浴加熱，攪拌均勻制得香蕉纖維素溶液，所述香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:3～1:8；
s3、殼聚糖溶解：將殼聚糖粉末溶于濃度為45％～100％的聚丙烯酸溶液中，攪拌得到殼聚糖溶液；
s4、混溶交聯(lián)：將步驟s3的殼聚糖溶液緩緩加入到步驟s2的香蕉纖維素溶液中混溶，15～25℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌45～90min，再將溫度升至45～80℃，攪拌15～32h得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠溶液；
s5、水洗：將步驟s4的復(fù)合水凝膠溶液加入去離子水進(jìn)行震蕩洗滌，洗去離子液體、聚丙烯酸和未反應(yīng)的交聯(lián)劑，徹底洗滌后得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠。
進(jìn)一步的，所述步驟s4中，所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷。
進(jìn)一步的，所述步驟s1中，所述酸洗是由1.5～5.0g/l的硫酸或醋酸，20～60℃下浸泡切割后的香蕉纖維20～60min，并加入少量滲透劑jfc(脂肪醇聚氧乙烯醚)，酸洗后的香蕉纖維用去離子水沖洗至中性。
進(jìn)一步的，所述步驟s1中，所述二次堿煮的第一次堿煮條件：于8％～18％naoh、2％～5％na2sio3和2％～3％na2so3混合溶液中煮練90～180min；第二次堿煮條件：于2％～8％naoh、2％～5％na2co3和2％～8％h2o2混合溶液中煮練60～120min。
進(jìn)一步的，所述步驟s1中，所述水洗的具體操作：先用蒸餾水洗滌，再用1％的稀硫酸洗滌，最后再用蒸餾水洗滌至中性。
進(jìn)一步的，所述步驟s2中，所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽或1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，使用前用無(wú)水乙醇溶解。
進(jìn)一步的，所述步驟s2中，所述油浴加熱溫度為80～120℃，攪拌時(shí)間為1～4h。
本發(fā)明還提供一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠應(yīng)用于吸附重金屬離子。
進(jìn)一步，將本發(fā)明任一項(xiàng)的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠投加到含重金屬離子的廢水中，所述香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附30～90分鐘。
進(jìn)一步，所述重金屬離子包括銅離子、鎘離子和鉛離子中的一種或幾種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法，首先對(duì)香蕉纖維進(jìn)行提純，獲得高質(zhì)量的香蕉纖維素，然后利用離子液體對(duì)香蕉纖維素進(jìn)行充分溶解，獲得透明均一的香蕉纖維素溶液，同時(shí)利用聚丙烯酸溶液對(duì)殼聚糖進(jìn)行溶解，獲得透明均一的殼聚糖溶液，再將殼聚糖溶液緩慢加入香蕉纖維素溶液中進(jìn)行充分的混溶，并利用交聯(lián)劑在升溫中加速有效交聯(lián)，得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠溶液，最后經(jīng)水洗制得香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠，制得香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附能力強(qiáng)、吸附速度快，對(duì)cu2+、cd2+、pb2+重金屬離子的有較大的吸附容量，而且具有良好的生物兼容性，可應(yīng)用于環(huán)境中重金屬污染的處理，有利于提高環(huán)境改善的效率，同時(shí)使得香蕉纖維得到充分利用，實(shí)現(xiàn)雙贏的效果。其中，本發(fā)明的香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:3～1:8，使得香蕉纖維素能夠完全浸潤(rùn)，使得香蕉纖維素的充分溶解，又能夠避免離子液體的浪費(fèi)；本發(fā)明在香蕉纖維素大分子具有活性羥基(-oh)基團(tuán)、殼聚糖大分子具有活性氨基(-nh2)基團(tuán)的基礎(chǔ)上，使用濃度為45％～100％的聚丙烯酸溶液，引入大量的親水性基團(tuán)羧基(-cooh)，這些基團(tuán)易與重金屬離子產(chǎn)生吸附作用和螯合作用，進(jìn)一步提高香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附效率；混溶過(guò)程先在15～25℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌，再將溫度升至45～80℃，使得香蕉纖維素和殼聚糖分散均勻，使得兩者混溶交聯(lián)效果優(yōu)異，制得的水凝膠吸附性能佳，吸附速度快，而且吸附容量大。將本發(fā)明的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠應(yīng)用于吸附重金屬離子，操作簡(jiǎn)單，吸附效率高，有利于提高環(huán)境改善速度。
另外，所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷，更利于香蕉纖維素大分子和殼聚糖大分子的交聯(lián)反應(yīng)；所述酸洗、二次堿煮、水洗的條件，進(jìn)一步提高香蕉纖維提純的效果，提高香蕉纖維素的質(zhì)量和溶解效果；所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽或1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，更利于香蕉纖維素的溶解，能夠較快得到透明均一的香蕉纖維素溶液；所述油浴加熱的溫度設(shè)置，進(jìn)一步加快香蕉纖維素溶于離子液體中。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明制得的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的掃描電子顯微鏡放大1000倍的圖片。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
s1、香蕉纖維提純：將香蕉纖維切割后進(jìn)行酸洗、二次堿煮、水洗，得到香蕉纖維素；
所述酸洗是由1.5g/l的硫酸，20℃下浸泡切割后的香蕉纖維60min，并加入少量滲透劑jfc(脂肪醇聚氧乙烯醚)，酸洗后的香蕉纖維用去離子水沖洗至中性；所述二次堿煮的第一次堿煮條件：于8％naoh、2％na2sio3和2％na2so3混合溶液中煮練180min；第二次堿煮條件：于2％naoh、2％na2co3和2％h2o2混合溶液中煮練120min；所述水洗的具體操作：先用蒸餾水洗滌，再用1％的稀硫酸洗滌，最后再用蒸餾水洗滌至中性；
s2、香蕉纖維素溶解：將步驟s1的香蕉纖維素溶于離子液體中，油浴加熱至80℃，攪拌4h，制得透明均一的香蕉纖維素溶液；
所述香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:3；所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，使用前用無(wú)水乙醇溶解；
s3、殼聚糖溶解：將殼聚糖粉末溶于濃度為45％的聚丙烯酸溶液中，攪拌得到透明均一的殼聚糖溶液；
s4、混溶交聯(lián)：將步驟s3的殼聚糖溶液緩緩加入到步驟s2的香蕉纖維素溶液中混溶，15℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌90min，再將溫度升至45℃，攪拌32h得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠溶液；所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷；
s5、水洗：將步驟s4的復(fù)合水凝膠溶液加入去離子水進(jìn)行震蕩洗滌，洗去離子液體、聚丙烯酸和未反應(yīng)的交聯(lián)劑，徹底洗滌后得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠。
實(shí)施例2
一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
s1、香蕉纖維提純：將香蕉纖維切割后進(jìn)行酸洗、二次堿煮、水洗，得到香蕉纖維素；
所述酸洗是由5.0g/l的醋酸，60℃下浸泡切割后的香蕉纖維20min，并加入少量滲透劑jfc，酸洗后的香蕉纖維用去離子水沖洗至中性；所述二次堿煮的第一次堿煮條件：于18％naoh、5％na2sio3和3％na2so3混合溶液中煮練90min；于第二次堿煮條件：8％naoh、5％na2co3和8％h2o2混合溶液中煮練60min；所述水洗的具體操作：先用蒸餾水洗滌，再用1％的稀硫酸洗滌，最后再用蒸餾水洗滌至中性；
s2、香蕉纖維素溶解：將步驟s1的香蕉纖維素溶于離子液體中，油浴加熱至120℃，攪拌1h，制得透明均一的香蕉纖維素溶液，
所述香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:8；所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽，使用前用無(wú)水乙醇溶解；
s3、殼聚糖溶解：將殼聚糖粉末溶于濃度為100％的聚丙烯酸溶液中，攪拌得到透明均一的殼聚糖溶液；
s4、混溶交聯(lián)：將步驟s3的殼聚糖溶液緩緩加入到步驟s2的香蕉纖維素溶液中混溶，25℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌45min，再將溫度升至80℃，攪拌15h得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠溶液；所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷；
s5、水洗：將步驟s4的復(fù)合水凝膠溶液加入去離子水進(jìn)行震蕩洗滌，洗去離子液體、聚丙烯酸和未反應(yīng)的交聯(lián)劑，徹底洗滌后得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠。
實(shí)施例3
一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：
s1、香蕉纖維提純：將香蕉纖維切割后進(jìn)行酸洗、二次堿煮、水洗，得到香蕉纖維素；
所述酸洗是由3.0g/l的醋酸，40℃下浸泡切割后的香蕉纖維40min，并加入少量滲透劑jfc，酸洗后的香蕉纖維用去離子水沖洗至中性；所述二次堿煮的第一次堿煮條件：于13％naoh、4％na2sio3和2％na2so3混合溶液中煮練135min；第二次堿煮條件：于5％naoh、4％na2co3和6％h2o2混合溶液中煮練90min；所述水洗的具體操作：先用蒸餾水洗滌，再用1％的稀硫酸洗滌，最后再用蒸餾水洗滌至中性；
s2、香蕉纖維素溶解：將步驟s1的香蕉纖維素溶于離子液體中，油浴加熱至100℃，攪拌2.5h，制得透明均一的香蕉纖維素溶液；
所述香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:5；所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽，使用前用無(wú)水乙醇溶解；
s3、殼聚糖溶解：將殼聚糖粉末溶于濃度為50％的聚丙烯酸溶液中，攪拌得到透明均一的殼聚糖溶液；
s4、混溶交聯(lián)：將步驟s3的殼聚糖溶液緩緩加入到步驟s2的香蕉纖維素溶液中混溶，20℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌70min，再將溫度升至60℃，攪拌24h得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠溶液；所述交聯(lián)劑為環(huán)氧氯丙烷；
s5、水洗：將步驟s4的復(fù)合水凝膠溶液加入去離子水進(jìn)行震蕩洗滌，洗去離子液體、聚丙烯酸和未反應(yīng)的交聯(lián)劑，徹底洗滌后得到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠。
如圖1所示，圖1為本發(fā)明制得的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠的掃描電子顯微鏡放大1000倍的圖片，可清楚觀察到香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠具有大小不等的孔狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于吸附重金屬離子。
對(duì)比例1
本對(duì)比例與實(shí)施例3的區(qū)別在于，s2步驟中，所述香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:1。
對(duì)比例2
本對(duì)比例與實(shí)施例3的區(qū)別在于，s3步驟中，所述聚丙烯酸溶液的濃度為30％。
對(duì)比例3
本對(duì)比例與實(shí)施例3的區(qū)別在于，所述s4步驟中，40℃條件下加入交聯(lián)劑，再將溫度升至90℃。
實(shí)施例4
一種香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠應(yīng)用于吸附重金屬離子，分別取實(shí)施例1～3以及對(duì)比例1～3制得的水凝膠稱取0.1g，分別投入初始濃度均為100mg/l的cu2+銅離子、cd2+鎘離子和pb2+鉛離子的50ml水體中，常溫條件攪拌吸附120min，發(fā)現(xiàn)40min時(shí)基本達(dá)到吸附平衡，吸附速度快。去除率公式：p＝c0-c/c0*100％，其中c0為溶液起始濃度，mg/l；c為吸附后溶液濃度，mg/l。其吸附容量和去除率見(jiàn)下表：
上述測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明制得的香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)cu2+、cd2+、pb2+重金屬離子的吸附速度快，40min時(shí)基本達(dá)到吸附平衡，吸附容量較大。
將對(duì)比例1與實(shí)施例3進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比例1制得的水凝膠對(duì)cu2+、cd2+、pb2+重金屬離子的吸附容量相對(duì)較小，離子液體使用量較少時(shí)，不能將香蕉纖維素完全浸潤(rùn)，影響香蕉纖維素的充分溶解，導(dǎo)致最后制得的水凝膠吸附性能差。本發(fā)明的香蕉纖維素和離子液體的質(zhì)量比為1:3～1:8，使得香蕉纖維素能夠完全浸潤(rùn)，使得香蕉纖維素的充分溶解，又能夠避免離子液體的浪費(fèi)。
將對(duì)比例2與實(shí)施例3進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比例2制得的水凝膠對(duì)cu2+、cd2+、pb2+重金屬離子的吸附容量相對(duì)小較多，聚丙烯酸溶液的濃度過(guò)低時(shí)，引入羧基(-cooh)的數(shù)量不足，降低了水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附容量。本發(fā)明在香蕉纖維素大分子具有活性羥基(-oh)基團(tuán)、殼聚糖大分子具有活性氨基(-nh2)基團(tuán)的基礎(chǔ)上，使用濃度為45％～100％的聚丙烯酸溶液，引入大量的親水性基團(tuán)羧基(-cooh)，這些基團(tuán)易與重金屬離子產(chǎn)生吸附作用和螯合作用，進(jìn)一步提高香蕉纖維殼聚糖復(fù)合水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附效率。
將對(duì)比例3與實(shí)施例3進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比例3制得的水凝膠對(duì)cu2+、cd2+、pb2+重金屬離子的吸附容量與實(shí)施例3的差異較大，混溶過(guò)程溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致香蕉纖維素和殼聚糖分散不均，造成各自交聯(lián)，使得制得的水凝膠吸附性能差。本發(fā)明混溶過(guò)程先在15～25℃條件下加入交聯(lián)劑分散攪拌，再將溫度升至45～80℃，使得香蕉纖維素和殼聚糖分散均勻，使得兩者混溶交聯(lián)效果優(yōu)異，制得的水凝膠吸附性能佳，吸附速度快，而且吸附容量大。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。