本發(fā)明屬于功能材料領域，具體涉及一種纖維素復合材料的制備方法。

背景技術：

纖維素是地球上最為豐富的天然有機可再生資源，主要來源于棉、木、麻和各種稻桿等植物纖維，常和半纖維素、木質素、果膠質等混合在一起構成植物纖維的主體。纖維素為高分子聚合物，以葡萄糖為單元，通過，糖苷鍵的互相連接，聚合而成的線型長鏈狀大分子，其化學結構如圖所示。從圖中可以看出，纖維素因分子內含許多多孔、比表面積大的親水輕基基團而具有一定的親和吸附性，可直接將天然的纖維素物質作為吸附劑去除金屬離子。。

天然纖維素對重金屬離子具有一定的吸附能力，但并不很強，而且吸附容量小，選擇性低，然而通過改性后的纖維素具有更好的吸附能力，因此，纖維素改性物成為一種性能極好的吸附性材料。聚谷氨酸是一種可由微生物合成的氨基酸聚合物結構中不僅具有大量-cooh反應活性基團，還有大量的-nh-活性基團，改性纖維素后對重金屬陽離子的吸附能力大大增強，目前國內外的相關報道較少。將聚谷氨酸通過一定的方法嫁接到纖維素的表面，制備一種新型的纖維素改性材料，此外再對其賦予磁性，賦予紅麻纖維素更好的物化性質，為紅麻纖維素的在眾多領域的應用提供更為廣泛的途徑。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的技術問題，開發(fā)一種工藝簡單和制備快速的紅麻纖維素耦合材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：

一種纖維素復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、制備或購買纖維素，制備堿化的纖維素；

步驟二、使用聚谷氨酸和堿化的纖維素制備纖維素/聚谷氨酸復合材料；

步驟三、將磁性粒子負載到纖維素改性材料表面制備磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料。

2.如權利要求1所述的纖維素復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，制備堿化纖維素的方法如下：

a.將紅麻去皮后的莖，在70-90℃下烘干1-4h，研磨至100-150μm，再用超純水清洗，50-75℃烘干1-3h，得到粉末產物

b.取粉末產物分散到正己烷中，粉末產物與正己烷的固液比為5-10：40-800g/ml30-60℃加熱1-4h，去除植物蠟；

c.將脫蠟的紅麻纖維加入到摩爾濃度為1-5mol/l的氫氧化鈉溶液中，粉末產物與氫氧化鈉溶液的固液比為5-10：400-600g/ml，20-30℃振蕩10-48h后過濾得過濾產物，分別依次用超純水、乙醇和甲醇清洗過濾產物，在50-70℃下烘干1-4h，冷卻至室溫獲得堿化處理的紅麻纖維素；

進一步的改進，所述步驟二中，纖維素/聚谷氨酸復合材料的制備方法如下：

d.稱取堿化處理的紅麻纖維素和聚谷氨酸，堿化處理的紅麻纖維與聚谷氨酸的質量比為1-3:2-6；混合后在紅外燈下研磨10-40min，得到均勻的細微粉末；

e.使用二甲亞砜為共溶劑，超聲攪拌20-40min，使其均勻分散在二甲亞砜溶劑體系中，再利用油浴加熱升溫至110-125℃，攪拌，加濃硫酸作為催化劑，反應4-8h得到反應物，其中,濃硫酸與二甲亞砜溶劑的體積比為1-10:20；將得到的反應物過濾，濾渣依次利用乙醇、去離子水清洗至中性；

f.依次用乙醇和丙酮洗滌，再在70-85℃下烘干，制得改性后的纖維素/聚谷氨酸復合材料，細微粉末與二甲亞砜的固液比為：3-9:20g/ml。

進一步的改進，所述步驟三中，磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料的制備方法如下所示：

g.取fecl3·6h2o和/或feso4·4h2o的在室溫條件下溶解于超純水中得到混合溶液；在混合溶液中加入2-10g纖維素/聚谷氨酸復合材料，在水浴鍋中控制溫度為75-90℃攪拌1-4分鐘，然后加入氨水調ph至9.8-10.2，繼續(xù)攪拌35-50分鐘，將得到的混合液冷卻，分離沉淀物并洗滌，得到磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料，其中，纖維素/聚谷氨酸復合材料與超純水的固液比為2-10:50-200g/ml；fecl3·6h2o和feso4·4h2o的摩爾比為0-0.02：0-0.01；fecl3·6h2o和feso4·4h2o的總量與超純水的摩爾體積比為：0.001-0.03：50-200mol/ml。

試驗中具體的物料用量范圍和步驟如下所示：

提供紅麻纖維素耦合材料的制備方法，首先利用已去皮的紅麻莖制備纖維素，再利用聚谷氨酸制備纖維素改性材料，再將磁性粒子負載到纖維素改性材料表面制備磁性纖維素耦合材料，制備的磁性纖維素耦合材料具備更好的理化性質和易于固液分離與再利用，具體步驟如下：

(1)將紅麻去皮后的莖，70-90℃下烘干1-4h，研磨至100-150μm，再用超純水清洗，50-75℃烘干1-3h，將得到的粉末產物取5-10g分散到40-800ml正己烷中，30-60℃加熱1-4h，去除植物蠟，再將脫蠟的紅麻纖維加入到400-600ml摩爾濃度為1-5mol/l的氫氧化鈉中，20-30℃振蕩10-48h后過濾，用大量的超純水、乙醇和甲醇清洗，在50-70℃下烘干1-4h，冷卻至室溫獲得堿化處理的紅麻纖維素。

(2)稱取步驟(1)所得的紅麻纖維素1.0-3.0g與2.0-6.0g聚谷氨酸(單體摩爾比約1:2.5-3)混合后在紅外燈下充分研磨10-40min，得到均勻的細微粉末，用20ml二甲亞砜為共溶劑，超聲攪拌20-40min，使其均勻分散在二甲亞砜溶劑體系中，在利用油浴加熱升溫至110-125℃，攪拌，加入1-10ml濃硫酸作為催化劑，反應4-8h，將得到的反應物過濾，濾渣利用乙醇、去離子水清洗至中性，最后用乙醇和丙酮一次洗滌，再在70-85℃下烘干，制得改性后的纖維素/聚谷氨酸復合材料。

(3)取0.005-0.02mol的fecl3·6h2o和0.001-0.01mol的feso4·4h2o在室溫條件下溶解于50-200ml超純水中，將得到的混合溶液加入到步驟(2)制備的1.0-4.0g纖維素/聚谷氨酸復合材料中，在水浴鍋中控制溫度為75-90℃迅速攪拌1-4分鐘，然后迅速加入氨水調ph至9.8-10.2左右，繼續(xù)攪拌35-50分鐘，將得到的混合液冷卻，分離沉淀物并洗滌，得到磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.本發(fā)明的纖維素耦合材料制備過程中使用的原料來源廣泛，且價格低廉，主要原料均是常用的化工產品。

2.本發(fā)明的方法制備的產品無毒，對環(huán)境友好。

3.本發(fā)明的纖維素耦合材料的制備工藝簡單、操作方便，易于實現工業(yè)化生產。

4.本發(fā)明的纖維素耦合材料具有巨大的比表面積，且表面活性基團豐富，且在溶液中可以快速的實現固液分離，為紅麻資源化利用提供了新的途徑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例2的纖維素復合材料在在不同吸附時間條件下對廢水中六價鉻的吸附變化曲線圖。(圖1的橫坐標是ph,但根據敘述,應該是時間)

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

實施例1：

在說明書內容的反應條件范圍內，選取某一值進行實例說明，其中在說明書范圍內的條件均可制備得到本發(fā)明的磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料，具體實例如下：一種本發(fā)明所述的纖維素復合材料的制備方法：

紅麻去皮后的莖，80℃干燥2h，粉碎機粉碎后再研磨，過100目篩，65℃干燥2h。取10g上述粉末分散到60毫升正己烷，50℃，3h，去除植物蠟，再將脫蠟的苧麻纖維加入500ml摩爾濃度為4mol/l的naoh中，25℃振蕩24h，再將其過濾，用大量的超純水、乙醇、甲醇清洗，再65℃烘干2h，冷卻至室溫得到堿化處理的紅麻纖維素；

稱取2.0g纖維素與4.0g聚谷氨酸(單體摩爾比約1:2.5-3)混合后在紅外燈下充分研磨30min得到均勻細微粉末，用20ml二甲亞砜(dmso)為共溶劑，超聲攪拌30min，使其均勻分散dmso溶劑體系中；油浴，升溫至120℃，加熱攪拌加入1ml濃硫酸作為催化劑，反應6h；將得到反應物過濾，濾渣利用乙醇、去離子水清洗，再用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，然后用去離子水洗滌至中性，最后用乙醇和丙酮依次洗滌、80℃烘干，制得改性后的聚谷氨酸/纖維素耦合材料；

取0.01mol的fecl3·6h2o和0.005mol的feso4·4h2o在室溫條件下溶解于100ml超純水中，將得到的混合溶液加入到上一步制備的2g纖維素/聚谷氨酸復合材料中，在水浴鍋中控制溫度為85℃迅速攪拌2分鐘，然后迅速加入氨水調ph至10左右，繼續(xù)攪拌45分鐘，將得到的混合液冷卻，分離沉淀物并洗滌，得到磁性纖維素/聚谷氨酸耦合材料。

上述制得的纖維素復合材料外觀呈黑色，且具備磁性，可以快速的實現固液分離，可以應用于在眾多領域。

實施例2：

本發(fā)明的磁性纖維素耦合材料用于水處理領域去除水中重金屬離子，包括以下步驟：

取十個體積為50ml，初始濃度為100mg/l的待處理六價鉻廢水樣品，用硝酸或氫氧化鈉調節(jié)ph值到3，將實施例1制得的纖維素磁性復合材料添加到廢水樣品中，每升廢水中的添加量以纖維素復合材料重量計為2g，將反應器置于轉速為150rpm的恒溫水浴振蕩箱中，保持溫度為30℃，振蕩5min、10min、30min、1h、3h、6h、9h、12h、18h、24h后將纖維素復合材料與溶液分離，完成對六價鉻廢水的處理。溶液中剩余的六價鉻的濃度使用紫外分光光度計進行測定，計算的吸附量結果見圖1。

由圖1可知，磁性纖維素耦合材料對六價鉻離子的去除量隨著時間的增加而增加且趨于平衡。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，與本發(fā)明構思無實質性差異的各種工藝方案均在本發(fā)明的保護范圍。