一种改性竹原纤维材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保材料领域，具体涉及一种改性竹原纤维材料的制备方法及其应 用。
【背景技术】
[0002] 作为竹类植物的起源地和分布中心之一，我国拥有最丰富的竹资源，有"竹子王 国"之称。竹子作为一种可再生资源和生物质原料，有望为改善资源短缺、环境污染等问题 做出贡献。采用物理方法制备得到的无毒、无害、无污染的天然纤维素纤维称为竹原纤维， 其基本保留了竹纤维的天然优越性能，具有优异的吸湿放湿性能，能够抗菌和抗紫外线。
[0003] 作为一种环境友好的生物质纤维素纤维，竹原纤维的氧化有着重要的意义;氧化 后的纤维素因具有优良的生物相容性、生物可降解性、环境友好性等被广泛地应用。利用高 碘酸钠氧化微晶纤维素制备的氧化纤维素，对尿素氮有很好的吸附作用;氧化纤维素的醛 基与木瓜蛋白酶的氨基之间的共价作用形成固定化酶，可以增强酶的热稳定性和耐酸性； 与未复合的聚丙稀相比，二醛淀粉与聚丙稀复合制备的杀菌过滤材料对空气传播细菌的过 滤性能更好，细菌的存活率更低；由于二醛纤维素与胶原纤维之间形成交联，使得胶原质的 热稳性和酶稳性显著提高，用于胶原质的固化。氧化后的竹原纤维化学性质活泼，可以与胺 类化合物进行接枝反应进行改性，改性后的竹原纤维对水体甲醛有一定的吸附作用。
[0004] 竹原纤维的主要成分为:纤维素、木质素及戊聚糖;改性过程中发生反应的主要是 纤维素，反应方程式如下：
[0007] 作为有潜力的生物质材料，目前只有竹原纤维在复合材料方面的少量研究，对竹 原纤维改性性能方面未有报道。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明提供一种改性竹原纤维材料的制备方法，该方法利用氧化、 胺化的方法对竹原纤维进行改性，工艺简单，原料低廉，改性后的竹原纤维对甲醛有较好的 吸附效果。
[0009] 为达到上述目的，本发明的一种改性竹原纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤a:利用强氧化剂使得竹原纤维发生氧化反应，得到二醛竹原纤维；
[0011]步骤b:利用乙二胺与二醛竹原纤维反应，得到接枝后的竹原纤维，即改性竹原纤 维材料。
[0012] 优选地，步骤a中，所述的强氧化剂为高碘酸盐或高锰酸钾，所述强氧化剂浓度10 ~70g/L，pH为2~6,竹原纤维与强氧化剂溶液的料液比为15~30g/L，反应温度30~50°C， 搅拌反应1~5h，得到二醛竹原纤维。
[0013] 更优选地，所述步骤a中，所述的强氧化剂浓度60g/L，pH为3,竹原纤维与强氧化剂 溶液的料液比为15~30g/L，反应温度40°C，反应时间4h。
[0014] 作为优选的实施方案，所述步骤a中，在与强氧化剂作用前对竹原纤维进行超声碱 化预处理，具体实施步骤为:配制质量分数为5 %~30 %的氢氧化钠溶液，将竹原纤维置于 氢氧化钠溶液中，竹原纤维与氢氧化钠溶液的质量比为4:80~100,超声10~50min后洗涤 至中性，在50°C烘箱中干燥至恒重，得到。优选地，预处理条件为:氢氧化钠质量分数25%， 超声时间40min。
[0015] 优选地，步骤b中，乙二胺浓度为5~25g/L，pH6~10,二醛竹原纤维与乙二胺溶液 的料液比为15~30g/L，反应温度30-70°C，乙二胺溶液搅拌条件下反应l_6h，得到胺化后的 竹原纤维，即改性竹原纤维材料。
[0016] 更优选地，步骤b中，乙二胺浓度25g/L，二醛竹原纤维与乙二胺溶液的料液比为15 ~30g/L，反应温度50°C，反应时间5h。
[0017]通过上述方法制备得到的改性竹原纤维材料同样在本发明的保护范围之内。
[0018] 本发明进一步提出了通过上述的制备方法制备得到的改性竹原纤维材料在吸附 甲醛上的应用。
[0019] 具体地，在应用时，将所述的改性竹原纤维材料放置于含有甲醛的溶液中吸附即 可。
[0020] 为了提高吸附效果，在吸附时，调节溶液pH至3~7,吸附时间为5~6h。优选地，调 节体系pH在4左右，吸附5h能得到较好的吸附效果。
[0021 ]与现有技术相比，本发明有以下优点：
[0022] (1)创新性地使用竹原纤维作为改性材料，原料丰富，环境友好。
[0023] (2)改性工艺简单，成本低廉，改性后的竹原纤维对甲醛有一定的吸附性，甲醛初 始浓度越大，单位吸附量越大，最佳吸附条件为PH4，在甲醛浓度为80mg/L时吸附量达到 4.5mg/g〇
【附图说明】
[0024]图1为氧化工艺前后的红外图；
[0025] 图2为胺化反应前后的红外图；
[0026] 图3为改性前后竹原纤维的甲醛单位吸附量示意图。
【具体实施方式】
[0027] 以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅 用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
[0028] 下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试 剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
[0029] 实施例1竹原纤维预处理
[0030] 称取4g竹原纤维置于100g质量分数为15%的氢氧化钠溶液中，超声处理30min，洗 涤至中性后在50°C烘箱中干燥至恒重，在高碘酸钠浓度为20g/L，反应温度40°C，pH3条件下 反应4h，测定醛基含量为1.67mmol/g。
[0031] 实施例2竹原纤维预处理。
[0032]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:氢氧化钠溶液质量分数为20%，超 声时间为40min，氧化反应条件相同，测定醛基含量为1.90mmol/g。
[0033] 实施例3竹原纤维预处理。
[0034]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:氢氧化钠溶液质量分数为25%，氧 化反应条件相同，测定醛基含量为2.10mmol/g。
[0035] 实施例4竹原纤维预处理。
[0036]本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于:超声时间为50min，氧化反应条件相 同，测定醛基含量为1.63mmol/g。
[0037] 实施例5竹原纤维预处理。
[0038]本实施例与实施例1方法基本相同，不同之处在于：氢氧化钠溶液质量分数为 30%，超声时间为40min，氧化反应条件相同，测定醛基含量为1.85mmol/g。
[0039] 实施例6竹原纤维氧化。
[0040] 称取预处理后的竹原纤维2g，称取60g高碘酸钠定容于100mL容量瓶中，调整溶液 pH为3，在35 °C的摇床内反应3h，反应结束后洗涤抽滤至滤液不使淀粉碘化钾变色，在50 °C 烘箱中干燥至恒重，测定醛基含量为2.3 lmmol/g。
[0041] 实施例7竹原纤维氧化。
[0042]本实施例与实施例6方法基本相同，不同之处在于：摇床反应温度40°C，反应时间 411，测定醛基含量为3.361111]1〇1/^。
[0043] 实施例8竹原纤维氧化。
[0044] 本实施例与实施例6方法基本相同，不同之处在于:高碘酸钠质量为70g，反应时间 为5h，测定醛基含量为3.02mmol/g。
[0045] 实施例9竹原纤维氧化。
[0046]本实施例与实施6方法基本相同，不同之处在于:摇床反应温度45°C，反应时间4h， pH4，测定醛基含量为2 · 67mmol/g。
[0047] 实施例10竹原纤维氧化。
[0048]本实施例与实施例6方法基本相同，不同之处在于：高碘酸钠质量70g，反应时间 4h，测定醛基含量为2.38mmol/g。
[0049] 实施例11竹原纤维氧化。
[0050] 本实施例与实