一种复合水凝胶、制备方法和在水处理中的应用技术

本发明专利技术公开了一种复合水凝胶、制备方法和在水处理中的应用。所述复合水凝胶，所述复合水凝胶为网络结构，并原位复合无机纳米粒子；所述复合水凝胶中包括天然多糖类物质；所述天然多糖类物质包括壳聚糖、魔芋葡甘聚糖中的至少一种；所述复合水凝胶通过氧化石墨烯和含有两个以上交联基团的交联剂进行交联；所述交联基团选自‑OH、‑COOH、‑NH

【技术实现步骤摘要】
一种复合水凝胶、制备方法和在水处理中的应用
本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种复合水凝胶、制备方法和在水处理中的应用。
技术介绍
随着社会进步、科学技术的发展，生活、工业废水排放日益严重。其中来自染料行业及印染行业排放的染料废水，给人们的生活带来了严重影响。高效、快速除去各种废水中的染料物质已经成为很重要的课题。目前，染料污水的处理方法有很多，包括萃取法、辐射法、氧化法、吸附法等。吸附法优点多、处理简单，成为处理染料污水的主要方法。水凝胶是一种能够吸收10％到几千倍自身质量的三维交联聚合物网络。传统水凝胶性能单一、力学强度不佳，应用受到一定限制。通过向高分子链间引入超分子作用或对高分子链上官能团接枝改性能够大大改进水凝胶性能。近年来，纳米材料逐渐兴起，向高分子网络中引入具有特殊性能的纳米材料可制得纳米复合水凝胶，这种方法不改变高分子网络本身性能、制备条件温和，因此受到研究者的关注，纳米材料的引入也使传统水凝胶的局限性得到很大突破。其独特的有机(聚合物)/无机(纳米颗粒)网络结构，在复合水凝胶中可以同时实现高力学强度、自修复、特殊刺激响应等多种性能。在诸多纳米材料中，氧化石墨烯(GO)是一种具有多种优异性能的二维纳米材料，其比表面积大、力学强度高，对近红外(NIR)区域的光具有很高的吸收度和较高的热传导效率。另外，其边缘有羧基，表面有羟基、环氧基等亲水基团可与多种聚合物链段形成较强的相互作用，相比于石墨烯(rGO)能更好地分散在水中不易团聚，可方便地与水凝胶结合。通过简单的原位聚合、共混等方法就可以将氧化石墨烯与水凝胶结合，从而实现光响应、提升力学强度等目的，因此氧化石墨烯复合水凝胶成为研究热点，在污水处理中具有广泛的应用。申请号CN107262036A公开了一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，主要包括：首先采用改良的Hummer法，利用硝酸、硫酸、高锰酸钾等合成氧化石墨烯，再利用自组装原理制备氧化石墨烯/多胺类水凝胶，合成的水凝胶对重金属具有良好的吸附能力。该方法的制备过程中，大量使用硫酸、硝酸、高锰酸钾等强危险性化学物质，具有很大的危险性，不宜工业化生产。申请号CN105504150A公开了一种聚(N-异丙基丙稀酰胺)/氧化石墨烯水凝胶制备方法，主要包括：首先将石墨粉氧化，制得氧化石墨；然后利用制得的氧化石墨在60Co辐照源下辐照聚合，得到聚(N-异丙基丙稀酰胺)/氧化石墨烯水凝胶。该方法采用辐照交联法制备水凝胶，反应复杂，且成本较高/不宜工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种复合水凝胶、制备方法和在水处理中的应用，将环氧氯丙烷与天然多糖类物质中的氨基进行键连，得到含有取代氯原子的活性粉末，并与氧化石墨烯上的羟基、羧基进行键连，从而形成网络状结构，加入无机纳米粉末，其表面的羟基进一步与多糖类物质中其他的羟基、羧基键连，超声处理提供所需的能量，从而形成了有机-无机复合水凝胶，形成空间网络结构，其中以氧化石墨烯、无机纳米粒子为交联点；同时，无机纳米粒子的多孔结构、羟基，氧化石墨烯的羟基、羧基，天然多糖类物质的氨基、羟基、羧基等均可以吸附重金属离子，形成螯合物或者静电吸附，同时也可以吸附品红、甲基橙等染料污染物，从而起到净化有机废水的效果。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种复合水凝胶，由无机纳米粒子、氧化石墨烯、环氧氯丙烷、高氯酸、天然多糖类物质制备而成；所述天然多糖类物质选自壳聚糖、魔芋葡甘聚糖中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述无机纳米粒子选自纳米硅藻土、纳米蒙脱土、纳米锂藻土中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，在制备所述复合水凝胶中氧化石墨烯的加入量为天然多糖类物质质量的3-7％。作为本专利技术的进一步改进，所述复合水凝胶的机械强度是37-72KPa；所述复合水凝胶的溶胀比是0.5-22g/g；所述复合水凝胶对重金属离子的吸附倍率为0.9-10g/g；所述复合水凝胶对甲基橙的吸附为7-20mg/g；所述复合水凝胶对碱性品红的吸附为5-15mg/g。作为本专利技术的进一步改进，所述重金属离子选自铜离子、铅离子、镍离子、锌离子、亚铁离子、铁离子、镉离子、铬离子中的至少一种。本专利技术进一步保护一种上述的复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1.氧化石墨烯的制备：采用Hummers法制备氧化石墨烯；S2.键连天然多糖类物质的制备：将环氧氯丙烷、高氯酸、乙醇和水溶解后，加入天然多糖类物质和甲苯，90-100℃回流反应2-4h，过滤，滤饼用乙醇洗涤，于40-60℃烘干，得固体粉末N-(3-氯-2-羟基)丙基糖；将氧化石墨烯溶于水中，加入碳酸钠和N-(3-氯-2-羟基)丙基糖，回流反应1-2h，过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，于40-60℃烘干，得键连天然多糖类物质；S3.无机纳米粒子原位复合：将无机纳米粒子加入水中，继续加入键连天然多糖类物质，边搅拌边超声处理20-30min，静置1-3min后倒出，静置24-48h，得到复合水凝胶。作为本专利技术的进一步改进，所述环氧氯丙烷、高氯酸、乙醇、水、天然多糖类物质和甲苯的质量比为(1-5)：(1-3)：(20-50)：(30-70)：(25-50)：(15-30)。作为本专利技术的进一步改进，所述无机纳米粒子和键连天然多糖类物质的质量比为(1-3)：(150-200)。作为本专利技术的进一步改进，所述超声功率为700-1000W，所述搅拌转速为300-500r/min。本专利技术进一步保护一种上述的复合水凝胶在废水处理中的应用。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术以将环氧氯丙烷与天然多糖类物质中的氨基进行键连，得到含有取代氯原子的活性粉末，并与氧化石墨烯上的羟基、羧基进行键连，从而形成网络状结构，加入无机纳米粉末，其表面的羟基进一步与多糖类物质中其他的羟基、羧基键连，超声处理提供所需的能量，从而形成了有机-无机复合水凝胶，形成空间网络结构，其中以氧化石墨烯、无机纳米粒子为交联点；同时，无机纳米粒子的多孔结构、羟基，氧化石墨烯的羟基、羧基，天然多糖类物质的氨基、羟基、羧基等均可以吸附重金属离子，形成螯合物或者静电吸附，同时也可以吸附品红、甲基橙等染料污染物，从而起到净化有机废水的效果。1)本专利技术提出的氧化石墨烯/天然多糖类物质有机-无机复合水凝胶的合成方法，具有制备方法简单、时间短、无环境污染、原料来源广泛等优点。本专利技术所提供的氧化石墨烯/天然多糖类物质有机-无机复合水凝胶为网络结构，具有较高的机械强度、良好的吸水性及品红、甲基橙吸附性、可重复使用等优点，能吸收大部分重金属离子，应用面广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的复合水凝胶的图片；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合水凝胶，其特征在于，由无机纳米粒子、氧化石墨烯、环氧氯丙烷、高氯酸、天然多糖类物质制备而成；所述天然多糖类物质选自壳聚糖、魔芋葡甘聚糖中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合水凝胶，其特征在于，由无机纳米粒子、氧化石墨烯、环氧氯丙烷、高氯酸、天然多糖类物质制备而成；所述天然多糖类物质选自壳聚糖、魔芋葡甘聚糖中的至少一种。


2.根据权利要求1所述一种复合水凝胶，其特征在于，所述无机纳米粒子选自纳米硅藻土、纳米蒙脱土、纳米锂藻土中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，在制备所述复合水凝胶中氧化石墨烯的加入量为天然多糖类物质质量的3-7％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶的机械强度是37-72KPa；所述复合水凝胶的溶胀比是0.5-22g/g；所述复合水凝胶对重金属离子的吸附倍率为0.9-10g/g；所述复合水凝胶对甲基橙的吸附为7-20mg/g；所述复合水凝胶对碱性品红的吸附为5-15mg/g。


5.根据权利要求4所述的复合水凝胶，其特征在于，所述重金属离子选自铜离子、铅离子、镍离子、锌离子、亚铁离子、铁离子、镉离子、铬离子中的至少一种。


6.一种如权利要求1-5任一项权利要求所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.氧化石墨烯的制备：采用Hummers法制备氧化石墨烯；
S2.键连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪，
申请(专利权)人：李洪，
类型：发明
国别省市：贵州;52