一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用，所述复合水凝胶由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠‑1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、生物炭吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。本发明专利技术提供的复合水凝胶所用介孔聚四苯基硼酸钠‑1/有机硅复合纳米颗粒的粒径分布均匀、内部孔道丰富，通过3‑巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅、协同阴离子骨架型介孔聚四苯基硼酸钠‑1及生物炭吸附剂，实现了对有机染料的高效吸附，通过三者的协同效应吸附亚甲基蓝效果高达714mg/g，因此可广泛应用于水体中亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿或罗丹明B等有机染料的高效降解。

【技术实现步骤摘要】
一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及环保材料制备
，尤其涉及一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
水污染问题一直是我国环境污染问题的重中之重。工业废水中有机染料是一种占有比例相当高的污染物，如亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿、罗丹明B等。这些染料多含有芳香环结构，具有较高的致癌性且不易分解。目前，对有机染料废水的一些常规处理方法主要有：混凝沉淀法、气浮法、吸附法等。其中，吸附法被认为是最简便、高效的方法。吸附材料的选用方面，为了实现高效吸附，要求材料不仅要有较大的比表面积，还要有效地与客体分子作用的位点。目前使用较多的材料有纳米颗粒、金属有机框架、凝胶等。其中，水凝胶是一种环境友好、简单易得、可大量吸水保水的多功能材料，其被广泛地应用于工业、农业与医疗业中。然而，水凝胶的有机高分子网络中含有的可吸附位点不多，与客体分子作用能力有限，使得其在吸附污染物方面的能力不佳。另一方面，吸附材料对客体分子的吸附多为非共价键作用，如氢键作用、静电作用、п-п相互作用等。传统单一成分的吸附材料对与客体分子的作用形式单一、作用力小，导致其吸附量往往不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用，通过3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅、并协同阴离子骨架型介孔聚四苯基硼酸钠-1及生物炭吸附剂利用冷冻-解冻方法制得复合水凝胶，从而实现了对有机染料的高效吸附，通过三者的协同效应吸附亚甲基蓝效果可高达714mg/g，因此可广泛应用于水体中有机染料的吸附降解，具有较高的环境效应。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种环保用复合水凝胶，由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒由介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合而成。作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的容重为80～400kg/m3，比表面积为1000～2500m2/g。作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：1)介孔聚四苯基硼酸钠-1的制备方法为：依次将四苯基硼钠、无水氯化铁溶于1，2-二氯乙烷中，室温搅拌均匀后加入二甲氧基甲烷，搅拌回流反应，待反应结束后冷却至室温后减压过滤，滤渣用甲醇洗涤3次，再用甲醇索氏提取24h后真空干燥即制得介孔聚四苯基硼酸钠-1；2)介孔有机硅的制备方法为：以溴代十六烷基三甲胺为模板剂，双(三乙氧基硅基)乙烷为硅源在碱性条件下合成了乙基桥联，再利用3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性，即制得所述介孔有机硅；3)将上述介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合后，于40～60℃下搅拌反应2～4h，即制得所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒。作为上述方案的进一步限定，所述高分子的分子量为70000～200000g/mo1；所述高分子为聚乙烯醇1750、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇2699中的一种或多种。作为上述方案的进一步限定，所述吸附助剂为生物炭。作为上述方案的更进一步限定，所述生物炭的制备方法，包括如下步骤：Sl、将生物质原材料用去离子水清洗，然后放入生物炭炉，进行预热解反应制备得到生物炭，研磨过筛后备用；S2、将上述步骤制得的生物炭浸泡在NaOH溶液中进行预改性，然后洗涤、干燥；S3、将上述步骤制得的产物再次进行热解，然后洗涤、干燥；S4、将上述步骤制得的产物浸泡在镁盐中进行Mg2+改性，然后洗涤、干燥，制得改性生物炭。作为上述方案的更进一步限定，所述生物质为稻壳、核桃壳、花生壳、玉米秸秆中的一种或多种；热解反应温度为400～600℃。作为上述方案的更进一步限定，步骤S4中所述镁盐为1mo/LMgCl2溶液，浸泡时间为12h。本专利技术还提供所述的一种环保用复合水凝胶的制备方法，包括将高分子、介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒、吸附助剂和溶剂混合并加热后，经冷冻-解冻循环3次以上制得复合杂化水凝胶的步骤。作为上述方案的进一步限定，所述加热的温度为80～100℃，加热时间为6～10h；所述冷冻时间为12h，冷冻温度为-40℃～0℃；所述解冻时间为2～4h，在室温下解冻。本专利技术还提供所述的一种环保用复合水凝胶的应用，所述环保用复合水凝胶用于吸附废水中有机染料。作为上述方案的更进一步限定，所述有机染料为亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿或罗丹明B。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的复合水凝胶具有轻质、多功能性基团、高比表面积的特点；本专利技术所用介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的粒径分布均匀、内部孔道丰富、比表面积高达1000～2500m2/g，通过3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅、协同阴离子骨架型介孔聚四苯基硼酸钠-1及生物炭吸附剂，以实现对有机染料的高效吸附，通过三者的协同效应吸附亚甲基蓝效果可达到714mg/g，具有高效吸附亚甲基蓝染料的特点。(2)本专利技术提供的复合水凝胶通过复合材料的多种非共价键作用的协同效果吸附有机染料，相对于现有材料吸附能力弱、制备工艺复杂、不易清理回收等缺点，本专利技术所提高的复合水凝胶材料具有吸附能力高，制备工艺简单高效，易清理回收，易工业化生产等优点。(3)本专利技术通过在碱性条件下成功以溴代十六烷基三甲胺为模板剂，双(三乙氧基硅基)乙烷为硅源在碱性条件下合成了乙基桥联，再利用3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅，基于乙基桥联骨架中均一分散的有机官能团及较大孔道的介孔结构，以此制得的水凝胶10min内吸附亚甲基蓝的效果达到461mg/g，具有高效吸附亚甲基蓝染料的特点。(4)本专利技术以廉价易得的二甲氧基甲烷对四苯基硼酸钠进行Friedel-Craft烷基化反应制得具有优异稳定性和大的比表面积和孔径的介孔聚四苯基硼酸钠-1，基于介孔聚四苯基硼酸钠-1阴离子骨架与阳离子染料之间的静电吸附作用可以将染料紧紧束缚在复合纳米材料的介孔孔道，以协同提高对有机染料的吸附性能，同时通过介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合制得介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒，使复合水凝胶在整个pH范围内对有机染料均具有较好的吸附性能，以提高复合水凝胶的适用范围。(5)本专利技术以来源广泛、无毒、成本低廉的生物质为原料，通过碱对生物质预改性后进行高温热解再进行负载Mg2+改性，活化了生物质表面官能团，提高了表面活性基团含量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保用复合水凝胶，其特征在于，由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。/n

【技术特征摘要】
1.一种环保用复合水凝胶，其特征在于，由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。


2.根据权利要求1所述的一种环保用复合水凝胶，其特征在于，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒由介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合而成。


3.根据权利要求1或2所述的一种环保用复合水凝胶，其特征在于，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的容重为80～400kg/m3，比表面积为1000～2500m2/g。


4.根据权利要求1所述的一种环保用复合水凝胶，其特征在于，所述高分子的分子量为70000～200000g/mo1；所述高分子为聚乙烯醇1750、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇2699中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的一种环保用复合水凝胶，其特征在于，所述吸附助剂为生物炭。


6.根据权利要求5所述的一种环保用复合水凝胶，其特征在于，所述生物炭的制备方法，包括如下步骤：
Sl、将生物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂梅，
申请(专利权)人：李桂梅，
类型：发明
国别省市：福建;35