响应型天然纤维素微球吸附剂的制备及结构功能设计

Absorbents based on nature cellulose have become a research hot spot in the field of water treatment because of their excellent comprehensive performance. This item plans to dissolve nature cellulose in NaOH/urea/water, prepare submicron-sized and nano-sized nature cellulose microspheres, and design/control the porous structure of the microspheres. To achieve the performance of magnetic response and intelligently responsive regeneration, the nature cellulose microspheres will be superparamagetically functionalized, and environmentally responsive absorption/desorption groups will be grafted to the surface of nature cellulose microspheres by atom transfer free radical polymerization. This item will mainly focus on the following aspects: (1) Studying the effects of particle size, aperture and porosity on the specific surface area, mechanical strength and grafting efficiency;(2) Analyzing the relationship between the structure of microspheres, properties of grafted chain and absorption capacity, recycle times; (3) Establishing the adsorption/desorption dynamic model of this type of microsphere absorbents. This item aims to set up the thoughtway of preparing structure-designed and response-functionalized nature cellulose microsphere absorbents, and realize their high efficiency, intelligence, and green characteristic. The work will found reliable theories and techniques for new type of absorbents.

天然纤维素基水处理剂综合性能优异，目前已成为水处理领域中的研究热点之一。本项目拟采用碱/尿素/水溶剂体系，利用高压静电法制备出亚微米级甚至纳米级天然纤维素微球吸附剂，并对其多孔结构进行设计和控制。在此基础上，将天然纤维素微球进行超顺磁性功能化，并通过原子转移自由基接枝聚合在其表面引入环境响应型长链吸附/脱附功能团，以实现天然纤维素微球的磁响应分离和智能响应再生性能。项目拟考察粒径、孔径和孔隙率对微球比表面积、机械强度和接枝效率的影响，确定微球结构、接枝链性质与吸附容量、重复使用性之间的关系，分析接枝功能长链环境响应下的构象变化和由此引起的吸附性能的变化，建立该类微球吸附剂的吸附/脱附动态模型。项目预期确立智能、高效和绿色型天然纤维素微球吸附剂的结构功能设计技术和方法，研究成果可为开发新的水处理剂提供理论依据和技术支持。

天然纤维素基功能材料综合性能优异，目前已成为材料科学领域中的研究热点之一。本项目采用绿色环保的碱脲溶剂体系溶解天然纤维素，研究了溶解过程中超声波处理对天然纤维素溶解的影响。以天然纤维素碱脲溶液为原料，利用高压静电法一步制备出了微米级以及亚微米级的天然纤维素磁性微球，实现了磁响应分离性能，并对其多孔结构进行了设计和控制。通过原子转移自由基接枝聚合在多种纤维素表面引入环境响应型侧链，制备得到了表面疏水改性的纤维素微球和微晶纤维素，pH和温度敏型纸基材料，以及温度敏感型纤维素纳米晶等，实现了纤维素基功能材料的智能响应性能。针对电子转移再生催化剂原子转移自由基的非均相聚合进行了深入研究，考察了反应温度、溶剂体系极性、还原剂添加方式对接枝效率以及相应的表面温敏性的影响。在混合反应溶剂体系中，利用表面引发的单电子活性自由基聚合法制备了兼有荧光和温敏性聚合物刷的纤维素纳米晶，并研究了其温致荧光增强性能。以天然纤维素微球为载体，对其表面直接进行化学修饰引入了β-环糊精和二乙烯三胺吸附基团，功能化后的纤维素微球对苯酚和重金属粒子的吸附性能显著提高。结合物理共混和高压静电法一步制备了聚乙烯亚胺纤维素复合微球吸附剂，考察了微球粒径、比表面积与吸附容量之间的关系，建立了该类型微球吸附剂的吸附/脱附动态模型。项目初步建立了天然纤维素微球材料的结构功能设计技术和方法，该材料可作为一种绿色环保的吸附剂应用于水处理领域。