一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料及其制备方法和在处理含重金属离子废水中的应用技术

本发明专利技术公开了一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料的制备方法，包括将70mg聚偕胺肟溶解于氢氧化钠溶液中，随后依次加入40mg磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、30mg聚(乙二醇)二丙烯酸酯和1mg 2

【技术实现步骤摘要】
一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料及其制备方法和在处理含重金属离子废水中的应用


[0001]本专利技术涉及废水处理用新材料领域，尤其涉及一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料及其制备方法和其在处理含重金属离子废水中的应用。

技术介绍

[0002]由于科技以及工业的发展，水污染问题已经受到极大的关注，而水污染问题中较为典型的是重金属(HM)污染。含有重金属的废水在排放过程中，不仅污染环境，也是资源浪费，尤其是通过食物链进入人体还会对人体造成伤害。本着生态保护和经济效益角度，对废水中的重金属进行处理回收势在必行。
[0003]目前重金属处理技术应用最广泛的是吸附法，一般是将溶解状态的重金属离子转变为不溶性化合物沉淀，从而分离回收，但工业上普遍使用的吸附剂价格昂贵或效果不佳，限制了其应用。近几年，有学者陆续研究出含有羟基、氨基、磺酸基或羧基等功能高分子材料，以提升重金属离子的吸附量和吸附选择性。如偕胺肟化合物以其对金属离子优秀的螯合性能使其在多种重金属离子的提取回收和含重金属污水的净化处理等领域得到了良好的应用，如海南大学前期研究了一种水溶性偕胺肟基聚合物及其制备方法和应用(专利号：CN201910017858.1)，可选择性吸附多种重金属离子，但由于其力学性能差，难以工业化应用。
[0004]由于废水中重金属离子(包含V、U、Cu、Zn等)组成复杂而浓度较低，提取困难，尤其是真实废水中大量的微生物在吸附剂表面粘附和生长，产生严重的生物污损阻碍重金属离子的重复高效提取。因此有必要研究一种可高效吸附废水中重金属离子的抗生物粘附复合多孔水凝胶材料。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料，解决现有吸附剂由于真实废水中大量的微生物在吸附剂表面粘附和生长，产生严重的生物污损阻碍重金属离子不能高效处理或提取、或其力学性能差导致不能重复使用问题。
[0006]本专利技术一方面采用一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料的制备方法，包括将70mg聚偕胺肟溶解于氢氧化钠溶液中，随后依次加入40mg磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、30mg聚(乙二醇)二丙烯酸酯和1mg 2
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羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]‑1‑
丙酮充分搅拌溶解获得混合液，后将碱化的聚酯纤维过滤棉完全浸入混合液中，最后置于密封模具中并在紫外灯下光照聚合获得FC/ZW
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PAO复合水凝胶。
[0007]优选地，碱化的聚酯纤维由以下方法制备而得：将聚酯纤维过滤棉浸没于无水乙醇中超声处理30min，后放入烘箱中烘干，再将过滤棉片置于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中并在70℃下处理40min，最后取出后洗涤至中性并烘干后备用。
[0008]优选地，聚偕胺肟由以下方法制备而得：称量5.6g NH2OH
·
HCl溶解于60mL DMF
中，后加入4.12g Na2CO3和1.6g的NaOH,在45℃的水浴锅中搅拌1h后，缓慢加入4g的PAN，溶解5min，后将水浴锅的温度升高到65℃反应24h；再加入30mL DMF和2.8g NH2OH
·
HCl充分溶解后，依次加入2.06g Na2CO3和0.8g NaOH，隔10min后拧紧盖子反应24h，对混合液进行离心分离，在无水乙醇中缓慢滴入离心后的上清液获得白色絮状沉淀，经过过滤洗涤后，置于真空干燥箱内60℃下干燥过夜，得到产物PAO。
[0009]另一方面提供抗生物粘附复合多孔水凝胶材料及该材料在处理含重金属离子废水中的应用。
[0010]本专利技术一方面提供的FC/ZW
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PAO复合水凝胶的制备方法，先利用高温浸碱法对聚酯纤维过滤棉进行处理，使其表面出现大量羟基，使凝胶与纤维结合的更牢固；后使用氢氧化钠溶液溶解两性离子单体和聚偕胺肟，再将碱处理过的聚酯纤维浸入前驱液中，在引发剂和交联剂的作用下进行紫外光聚合，使两性离子
‑
聚偕胺肟水凝胶包裹在具有多孔结构的聚酯纤维骨架上，方法简易，易于工业化推广。
[0011]另一方面利用本方法制备了一种抗生物粘附型两性离子
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聚偕胺肟(ZW
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PAO)复合水凝胶吸附剂，既通过两性离子固有的“反聚电解质效应”，增强了水凝胶在废水中的溶胀能力，又通过离子
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偶极相互作用在凝胶表面形成致密的水合层，使其拥有了优异的抵抗微生物、贝类等海洋生物粘附的性能，从而在废水中可保持较长时期的重金属吸附性能。尤其是与ZW
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PAO水凝胶相比，本专利技术凝胶材料不仅在保持良好的抗生物粘附性能的同时具有更高的力学强度，拉伸强度可从0.23MPa提升到6.93MPa；基于该FC/ZW
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PAO复合水凝胶的多孔结构，可基于过滤废水实现快速高效的重金属废水处理性能：其中在模拟废水中仅5h便可接近达到吸附平衡，比原先无孔ZW
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PAO水凝胶的吸附速率提升了2.5倍左右，说明该FC/ZW
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PAO多孔复合水凝胶可望在未来实现高效、低成本且大规模的含重金属离子废水处理工业应用。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的FC/ZW
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PAO复合水凝胶的制备流程示意图；
[0013]图2为实施例一制备的FC/ZW
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PAO复合水凝胶以及PAO和PAN的红外光谱图；
[0014]图3为聚酯纤维过滤棉(a和c)和FC/ZW
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PAO复合水凝胶(b和d)的扫描电镜图和EDS
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Mapping图；
[0015]图4为聚酯纤维、FC/ZW
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PAO复合水凝胶和ZW
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PAO水凝胶的力学强度对比；
[0016]图5为聚酯纤维和FC/ZW
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PAO复合水凝胶的接触角变化测试结果；
[0017]图6为FC/ZW
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PAO复合水凝胶在模拟废水中的离子选择性测试；
[0018]图7为过滤棉(a)和FC/ZW
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PAO复合水凝胶(b)的抗生物(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)粘附测试结果菌落数的统计结果；
[0019]图8为FC/ZW
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PAO复合水凝胶在是否添加细菌的模拟废水中吸附效果对比；
[0020]图9为FC/ZW
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PAO复合水凝胶在32ppm模拟废水中的吸附动力学曲线；
[0021]图10为FC/ZW
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PAO复合水凝胶在模拟废水中的吸附过程示意图。
具体实施方式
[0022]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于
限定本专利技术的范围。
[0023]本专利涉及的聚酯纤维过滤棉(DF1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将70mg聚偕胺肟溶解于氢氧化钠溶液中，随后依次加入40mg磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、30mg聚(乙二醇)二丙烯酸酯和1mg 2
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羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
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羟基乙氧基)苯基]
‑1‑
丙酮充分搅拌溶解获得混合液，后将碱化的聚酯纤维过滤棉完全浸入混合液中，最后置于密封模具中并在紫外灯下光照聚合获得FC/ZW
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PAO复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种抗生物粘附复合多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述碱化的聚酯纤维由以下方法制备而得：将聚酯纤维过滤棉浸没于无水乙醇中超声处理30min，后放入烘箱中烘干，再将过滤棉片置于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中并在70℃下处理40min，最后取出后洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马春新，王佳文，陈琳，刘振中，王宁，孙烨，彭淑怡，马超，曹兴宇，杨浪，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：