一种净水用复合水凝胶及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术提供了一种净水用复合水凝胶及其制备方法和应用方法，将芬顿体系或类芬顿体系和水凝胶结合起来，使得水凝胶的相关性能得到很大提升，实现芬顿体系催化剂的重复利用，解决了催化剂造价高、用量大的问题，同时水凝胶可以通过吸附重新激活，实现回收和重复利用，大大降低了成本，以及催化剂离子和材料二次污染的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种净水用复合水凝胶及其制备方法和应用方法
本专利技术涉及污水处理领域。具体地说，是涉及一种净水用复合水凝胶及其制备方法和应用方法。
技术介绍
随着工业的快速发展，产生了很多对环境和人类健康有了很大危害的难降解的有机废水。水凝胶是一类通过一定的化学交联或物理交联形成的高分子网络体系，其保水率高，力学性能可调，在环境领域有巨大潜力。分为天然亲水高分子和合成亲水高分子。天然高分子有更好的生物相容性、来源丰富、价格低廉，受到很多学者研究，但是其稳定性差，易分解。故需要人工合成水凝胶，而传统合成的水凝胶因存在凝胶强度低、韧性差、吸水速度慢，无法适合当代需求。相关学者通过提高其力学性能开发出几类有优异机械性能的新型水凝胶，如拓扑型水凝胶、双网络结构水凝胶、复合水凝胶、大分子微球复合水凝胶、疏水缔合凝胶和均一链结构水凝胶等，其中复合水凝胶有高韧性、高强度、好的亲水性。复合手段多样化而受到广泛关注，现被用于工业、医学、日常生活等方面。为了将污水中的难降解的有机物彻底降解，芬顿工艺被广泛运用。其在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现最为明显。其原理正是发生了这样的化学反应：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，因为羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力，能够将大分子有机污染物分解为小分子有机物，理论上可使其彻底矿化为CO2和H2O。在传统的（类）芬顿体系中，是直接将金属离子加入，使其与污水在均相体系中直接反应，造成了催化剂难以回收，金属离子难以去除的问题，同时可能产生非常难处理的“铁泥”，增加了工业成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种可循环使用的净水用复合水凝胶；本专利技术的另一目的在于提供一种上述净水用复合水凝胶的制备方法；本专利技术的另一目的在于提供一种上述净水用复合水凝胶用于净化废水的应用方法。本专利技术的目的是通过以下技术措施来达到的：一种净水用复合水凝胶，其特征在于：包括水凝胶本体，水凝胶本体上固定连接有芬顿反应催化剂或类芬顿反应催化剂。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利将原料制成水凝胶颗粒，使得催化剂固定在具有三维体相结构的水凝胶上，不仅可以对污水一次性处理，减少后续步骤，而且，固定在颗粒上的催化剂不容易随废水流失，回收容易。同时水凝胶可以通过浸泡激活，再次避免了材料造成的二次污染，进一步降低工业成本。一种净水用复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、通过Hummer法制得浓度为0.1-1000g/L石墨烯分散液。B、取0.1-10000ml石墨烯分散液，加入金属离子，直至金属离子浓度为0.1-1000mmol/L，10-300℃恒温搅拌10-200分钟，使金属离子分散均匀，得复合材料；C、取单体、交联剂和引发剂，单体、交联剂与引发剂的摩尔比为（0.1-100）：（0.1-100）：（0.1-100），然后与复合材料混合，抽真空0-2小时后，再恒温0-12小时后，合成得净水用复合水凝胶。一种具体优化方案，金属离子为铁源离子催化剂、钴源离子催化剂或锰源离子催化剂其中一种或多种。一种具体优化方案，单体为为聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类或聚氧乙烯的其中一种或多种。一种具体优化方案，交联剂为Al2O3无机交联剂、Ca2+无机交联剂、Ba2+无机交联剂、无机交联剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯或有机交联剂其中一种或多种。一种具体优化方案，引发剂为过硫酸胺、二苯甲酮类、偶氮类化合物或过氧化类化合物其中一种或多种。一种具体优化方案，引发方式为辐射引发、光引发或热引发其中一种。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的优点是：1.本专利将芬顿反应催化剂负载在石墨烯上，然后通过聚合反应，得到具有三位体相结构的功能纳米复合水凝胶，较传统的均相芬顿体系降解，方便使用和收集，减少后续处理步骤。2.金属离子负载在石墨烯上，可使金属离子缓慢释放，在保证了良好催化效果同时还延长了催化剂的使用寿命。一种净水用复合水凝胶的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：Ⅰ、取待处理废水；Ⅱ、将净水用复合水凝胶成品均匀装柱，搭建降解柱；Ⅲ、将降解控制装置与降解柱连接，使废水通过降解柱，降解废水。一种具体优化方案，步骤Ⅱ和Ⅲ之间还包括以下步骤：在废水中加入芬顿氧化剂或类芬顿氧化剂，直至氧化剂浓度为0.002~1000mmol/L。一种具体优化方案，芬顿氧化剂为过硫酸氢钾、过硫酸氢盐或过氧化氢。一种具体优化方案，还包括以下步骤：Ⅳ、取出降解后的净水用复合水凝胶，然后清洗表面；Ⅴ、重复步骤Ⅰ-Ⅲ，降解废水。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的优点是：水凝胶可以通过浸泡吸附的方法重新激活，操作便捷、成本低、可以重复使用，大大降低了工业应用成本。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。附图说明附图1是本专利技术一种净水用复合水凝胶用于降解罗丹明B溶液的循环效果图。附图2是本专利技术一种净水用复合水凝胶未加金属离子催化剂浸泡激活后，用于降解罗丹明B溶液的循环效果图。附图3是本专利技术一种净水用复合水凝胶用于降解废水时的降解装置流程图。具体实施方式实施例1：一种净水用复合水凝胶，包括催化体系和水凝胶原料制备得到具有体相结构的高分子水凝胶本体。催化体系包括催化剂和负载催化剂的载体。催化剂为芬顿反应催化剂或者类芬顿反应催化剂。水凝胶本体为丙烯酰胺类。此外，水凝胶本体可以为聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚氧乙烯类等。催化剂为过渡区变价金属离子催化剂，例如Fe源如FeOOH，Fe3O4，Fe2O3，FeSO4，FeCl2等，Co源如CoCl2，CoSO4，Co3O4，Co(OH)2等，Mn2+，Cu2+，Ni2+，Ce4+等过渡区变价金属离子。等中的一种或几种的混合物。其中，优选，采用铁源离子催化剂、钴源离子催化剂、锰源离子催化剂。载体为氧化石墨烯等。此外，芬顿反应催化剂也可以替换为类芬顿反应催化剂，而不仅限于实施例所给出的内容。具体本申请的净水用复合水凝胶，是将芬顿及类芬顿反应催化剂通过与石墨烯分散液形成复合材料，使催化剂生长在石墨烯薄片上，然后在分散液中进行聚合反应，得到性能良好的功能复合水凝胶。实施例2：一种净水用复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：A、通过Hummer法制得浓度为1g/L的石墨烯分散液。B、取100ml石墨烯分散液，加入CoCl2·6H2O，直至CoCl2·6H2O浓度为10mmol/L，80℃恒温搅拌200min，使金属离子分散均匀，得复合材料。金属离子形态可以为溶液，还可以为颗粒。金属离子优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种净水用复合水凝胶，其特征在于：包括水凝胶本体，水凝胶本体上固定连接有芬顿反应催化剂或类芬顿反应催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种净水用复合水凝胶，其特征在于：包括水凝胶本体，水凝胶本体上固定连接有芬顿反应催化剂或类芬顿反应催化剂。


2.一种净水用复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、通过Hummer法制得浓度为0.1-1000g/L石墨烯分散液；
B、取0.1-10000ml石墨烯分散液，加入金属离子，直至金属离子浓度为0.1-1000mmol/L，10-300℃恒温搅拌10-200分钟，使金属离子分散均匀，得复合材料；
C、取单体、交联剂和引发剂，单体、交联剂与引发剂的摩尔比为（0.1-100）：（0.1-100）：（0.1-100），然后与复合材料混合，抽真空0-2小时后，再恒温0-12小时后，合成得净水用复合水凝胶。


3.根据权利要求2所述的一种净水用复合水凝胶的制备方法，其特征在于：金属离子为FeOOH催化剂、Fe3O4催化剂、Fe2O3催化剂、FeSO4催化剂、FeCl2催化剂、铁源离子催化剂、CoCl2催化剂、CoSO4催化剂、Co3O4催化剂、Co(OH)2催化剂、钴源离子催化剂、Mn2+催化剂、锰源离子催化剂、Cu2+催化剂、Ni2+催化剂、Ce4+催化剂、过渡区变价金属离子催化剂其中一种或多种。


4.根据权利要求2所述的一种净水用复合水凝胶的制备方法，其特征在于：单体为聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类或聚氧乙烯的其中一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文元，邢明阳，张金龙，谭金林，张维，杨博，李天悦，鲍延，刘昕玥，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31