本发明专利技术公开了一种菠萝皮渣纤维素‑g‑丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶及其制备方法与应用。本发明专利技术以菠萝皮渣为原材料，经过清洗、干燥、粉粹、漂白、碱液处理后得到菠萝皮渣纤维素，将菠萝皮渣纤维素在离子液体中加热搅拌溶解，以过硫酸铵为引发剂，N,N‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，丙烯酸为单体，进行接枝改性，再加入高岭土和乌贼墨，待反应完成冷却至室温，加入蒸馏水浸泡洗涤，冷冻干燥得到水凝胶。本发明专利技术所用原料来源丰富，方便易得，经济性好。本发明专利技术在对菠萝皮渣纤维素进行改性后制备水凝胶工艺简单，反应时间短，乌贼墨和高岭土可提高该水凝胶的热稳定性，所得水凝胶在废水处理和吸附材料领域具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合水凝胶的
，具体涉及一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
菠萝（Ananas comosus）是一种资源丰富、风味独特的热带水果，深受大众的喜爱，主要产地集中在中国、泰国、巴西、墨西哥、菲律宾和马来西亚等，全世界年产量约为1600-1900万吨，在我国的年产量约为200多万吨。菠萝大部分作为鲜食，或者是加工成菠萝罐头、果酱、沙拉、鸡尾酒辅料等，以及作为菠萝蛋白酶的提取原料。在菠萝产品加工过程中，菠萝皮渣占据了菠萝加工废物的30-42%，通常作为加工副产物而丢弃，污染环境的同时也造成了资源浪费。因此，如何充分利用和加工菠萝皮渣对促进菠萝产业的高值化及环境保护具有重要意义。研究发现，菠萝皮渣主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶组成，其中纤维素干重含量达到22%，充分利用这些纤维素是菠萝皮渣高值化的重要切入点，但是目前对于菠萝皮渣纤维素高值化利用的研究相对较少。纤维素作为一种天然的水凝胶制备原料，相比其它合成聚合物具有更好的生物相容性、可降解性及无毒性。高岭土（kaolin）属亲水性的层状硅酸盐粘土矿物材料，具有比表面积大、价廉易得的特点，可以较好地和有机单体聚合，从周围介质中吸附各种离子及杂质。乌贼墨（sepia ink）主要由黑色素和蛋白多糖组成，其中黑色素能够有效吸附Cu2+、Fe3+、Pb2+和Cd2+等重金属离子，而乌贼墨在水产市场通常被丢弃。水凝胶是由亲水性的高分子三维网络与水组成的多元体系，它能够吸收及保持大量水分却又不溶于水。由于水凝胶优良的亲水性、生物相容性、渗透性和高润胀率，使水凝胶在污水处理、食品包装、医药材料、传感器和药物释放等领域得到广泛关注。因此，研究以菠萝皮渣纤维素为基础材料，高岭土和乌贼墨作为添加物制备得到新型水凝胶具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种以菠萝皮渣纤维素、高岭土和乌贼墨为原料制得的水凝胶及其制备方法。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的水凝胶的应用——作为吸附剂应用在废水处理中。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：（1）菠萝皮渣纤维素的制备将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉，取菠萝皮渣干粉与蒸馏水混合，水浴加热后收集滤渣进行漂白处理，然后过滤、洗涤、干燥后得到菠萝皮渣纤维素粗品，将菠萝皮渣纤维素粗品进行碱液处理，然后过滤、洗涤、干燥、过筛，得到菠萝皮渣纤维素（Pineapple peel cellulose, PPC）；（2）乌贼墨的制备将新鲜乌贼解剖后取出墨囊，分离挤出墨汁，在蒸馏水中浸泡，然后离心、干燥、研磨、过筛得到乌贼墨（sepia ink）；（3）所述水凝胶的制备将菠萝皮渣纤维素与离子液体进行混合，边加热边搅拌，使菠萝皮渣纤维素溶解均匀，冷却后加入引发剂，继续搅拌，加入丙烯酸、交联剂进行接枝改性，然后加入高岭土和乌贼墨继续搅拌进行反应，冷却后蒸馏水浸泡洗涤，去除未反应的物质和离子液体，冷冻干燥后得到菠萝皮渣纤维素水凝胶（PPCH），即所述水凝胶。进一步地， 步骤（1）中，所述菠萝皮渣清洗后干燥为50-60℃下干燥24-36h；所述粉碎采用中草药粉碎机，过筛目数为80-100目。进一步地，步骤（1）中，所述菠萝皮渣与蒸馏水混合比例为1:(20-25)g/mL；所述水浴加热的温度为70-80℃，水浴加热的时间为2-3h。进一步地，步骤（1）中所述漂白处理为：以质量分数为7.5-8.0%的亚氯酸钠溶液为漂白剂，料液比为1:(15-20)g/mL，以盐酸溶液调节溶液pH值为3.8-4.0，在70-80℃条件下漂白处理2-4h。进一步地，步骤（1）中所述漂白后的洗涤、干燥：所述洗涤是指先用蒸馏水洗涤至中性，然后再用体积分数为95%的乙醇溶液洗涤3-5次；所述干燥为室温风干2-3h后，再于50-60℃下干燥18-20h。进一步地，步骤（1）中所述碱液处理为：以质量分数为10-12%的氢氧化钠溶液为碱液，料液比为1:(15-20)g/mL，室温下搅拌反应10-12h，搅拌转速为300-500rpm。进一步地，步骤（1）中所述碱液处理后的洗涤、干燥条件与漂白处理后的一致，过筛目数为80-100目。进一步地，步骤（2）中，所述新鲜乌贼为虎斑乌贼；所述浸泡时间为16-20h，料液比为1:(20-30)g/mL，浸泡温度为4-8℃。进一步地，步骤（2）中所述离心转速为4000-5000r/min，离心时间为20-30min。进一步地，步骤（2）中，所述干燥时的温度为50-60℃，干燥时间为16-20h；所述过筛的目数为80-100目。进一步地，步骤（3）中所述离子液体为[BMIm]Cl（氯化1-丁基-3-甲基咪唑），菠萝皮渣纤维素和与离子液体的比例为1:(40-50)g/g。进一步地，步骤（3）中所述混合后搅拌加热的加热温度为80-100℃，加热时间为3-5h，搅拌转速为300-500rpm。进一步地，步骤（3）中，所述的引发剂为过硫酸铵，用量为菠萝皮渣纤维素和丙烯酸总质量的1.5-2.5%；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，用量为菠萝皮渣纤维素和丙烯酸总质量0.5-1.0%；所述丙烯酸的中和度为60-80%（以质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节），用量与菠萝皮渣纤维素质量的比例为(4-6):1。进一步地，步骤（3）中，所述加入引发剂前的冷却温度为50-60℃；所述继续搅拌的时间为10-20min；所述接枝改性的反应温度为60-80℃，反应时间为1-2h，搅拌转速为300-500rpm。进一步地，步骤（3）中，所述加入乌贼墨和高岭土后的反应温度为60-80℃，反应时间为1-3h，搅拌转速为300-500rpm；所述高岭土的添加量与菠萝皮渣纤维素质量的比例为(1-4):10；所述乌贼墨的添加量与菠萝皮渣纤维素质量的比例为(2-6):10。进一步地，步骤（3）中，所述加入高岭土和乌贼墨进行反应后的冷却是指冷却至室温；所述蒸馏水浸泡洗涤是指连续4d每8-12h更换一次蒸馏水。进一步地，步骤（3）中所述冷冻干燥为-(55-60)℃干燥36-40h。由上述制备方法制备得到的菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶。所述菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶在废水处理和吸附材料领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术制备水凝胶的纤维素来源于农业生产废弃物菠萝皮渣，材料丰富易得，而采用离子液体溶解纤维素，反应条件温和，生态环保，符合绿色化学的特征。（2）本专利技术在对菠萝皮渣纤维素进行丙烯酸接枝改性的同时制备水凝胶，工艺操作简单，设备要求低；接枝丙烯酸使水凝胶具有pH响应性和良好的溶胀性能，丰富了该水凝胶的应用。（3）本专利技术利用高岭土和乌贼墨改善菠萝皮渣纤维素水凝胶的应用性能，高岭土价格低廉，可吸附各类离子和杂质；而乌贼墨在水产市场通常被丢弃，但是能够有效吸附重金属；这些特性可以使制备的水凝胶具有污水处理方面的应用价值。附图说明图1 为实施例1制备的水凝胶（PPCH-1）和菠萝皮渣纤维素 （本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种菠萝皮渣纤维素‑g‑丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）菠萝皮渣纤维素的制备：将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉，取菠萝皮渣干粉与蒸馏水混合，水浴加热后收集滤渣进行漂白处理，然后过滤、洗涤、干燥得到菠萝皮渣纤维素粗品，再经过碱液处理、过滤、洗涤、干燥、筛分，得到菠萝皮渣纤维素；（2）乌贼墨的制备：将新鲜乌贼解剖后取出墨囊，分离挤出墨汁，在蒸馏水中浸泡，然后离心、干燥、研磨、过筛得到乌贼墨；（3）所述水凝胶的制备：将菠萝皮渣纤维素与离子液体进行混合，边加热边搅拌，使菠萝皮渣纤维素溶解均匀，冷却后加入引发剂，继续搅拌，加入丙烯酸、交联剂进行接枝改性，然后加入高岭土和乌贼墨继续搅拌进行反应，冷却后蒸馏水浸泡洗涤，冷冻干燥得到所述水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）菠萝皮渣纤维素的制备：将新鲜菠萝皮渣清洗后打浆、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉，取菠萝皮渣干粉与蒸馏水混合，水浴加热后收集滤渣进行漂白处理，然后过滤、洗涤、干燥得到菠萝皮渣纤维素粗品，再经过碱液处理、过滤、洗涤、干燥、筛分，得到菠萝皮渣纤维素；（2）乌贼墨的制备：将新鲜乌贼解剖后取出墨囊，分离挤出墨汁，在蒸馏水中浸泡，然后离心、干燥、研磨、过筛得到乌贼墨；（3）所述水凝胶的制备：将菠萝皮渣纤维素与离子液体进行混合，边加热边搅拌，使菠萝皮渣纤维素溶解均匀，冷却后加入引发剂，继续搅拌，加入丙烯酸、交联剂进行接枝改性，然后加入高岭土和乌贼墨继续搅拌进行反应，冷却后蒸馏水浸泡洗涤，冷冻干燥得到所述水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，其特征在于步骤（1）中，所述菠萝皮渣与蒸馏水混合的比例为1:(20-25)g/mL；所述水浴加热的温度为70-80℃，水浴加热的时间为2-3h。3.根据权利要求1所述的一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，其特征在于步骤（1）中，所述漂白处理是以质量分数为7.5-8.0%的亚氯酸钠溶液为漂白剂，料液比为1:(15-20)g/mL，以盐酸溶液调节pH为3.8-4.0，在70-80℃漂白处理2-4h；所述碱液处理是以质量分数为10-12%的氢氧化钠溶液为碱液，料液比为1:(15-20)g/mL，室温下搅拌10-12h。4.根据权利要求1所述的一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨新型水凝胶的制备方法，其特征在于步骤（2）中，所述新鲜乌贼为虎斑乌贼；所述浸泡的时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠华，戴宏杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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