一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶及制备方法技术

本发明专利技术属于新材料技术领域，涉及水凝胶制备，具体涉及一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶及制备方法。将海藻酸钠、活性炭、聚乙烯醇、氯化镧与去离子水经交联反应制备而成，其中海藻酸钠作为包埋剂，聚乙烯醇作为粘合剂、氯化镧作为交联剂。本发明专利技术的复合水凝胶有效解决了活性炭单独作为吸附剂载体时存在的易随水流迁移、机械强度低、炭粉容易团聚等弊端，克服了现有技术中生物炭包埋水凝胶，在制备过程中难以实现对含生物炭农业废弃资源的循环利用，且针对活性染料中高分子有机物吸附量有限、吸附效率普遍不高的问题。此外，其绿色无污染、流程简单方便的制备工艺达成了对活性染料中高分子有机物的高效去除兼具以废治废的三重目的。废的三重目的。废的三重目的。

【技术实现步骤摘要】
一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶及制备方法


[0001]本专利技术属于新材料
，涉及水凝胶制备，具体涉及一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国染料工业的飞速发展，染料的数量和种类越来越多，成分越来越复杂，并且在染色过程中需要消耗大量的水资源，从而在染料生产和使用的过程中不可避免的产生了大量含有染料的工业废水，对生态系统造成了严重破坏。由于染料分子结构复杂且极为稳定，具有抗酸、抗光、抗碱等特性，特别是近年来由于人们对高品质生活的不断追求，对印染产品的要求越来越高，染色工艺也不断升级，在染色过程中添加的染料和助剂等越来越复杂，使得染料废水的处理难度也越来越大。如何高效处理印染废水已成为重要的社会问题。
[0003]目前国内外处理有机染料废水常用的方法有吸附法、生物处理法、化学氧化法等。其中吸附法因其选择性地富集特定化合物、操作方便、绿色友好、成本低、可回收等优点在废水处理领域占有特殊地位。生物炭具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积，成为处理有机污染物良好的吸附剂。但在实际应用过程中，由于炭粉粒径较小，吸附污染物后不易及时分离，且易随水流失可能造成二次污染，不利于回收再利用。
[0004]水凝胶具有三维网络结构，比表面积大，可以吸收大量污染物，并且含有大量的官能团，可以通过离子交换、静电作用、螯合作用、疏水相互作用除去各种污染物，同时水凝胶在溶液中具有易分离可回收的优点，这些使得其成为目前污水处理吸附剂的研究热点。但现有技术中存在着复合水凝胶制备工艺复杂、吸附对象单一、吸附时间长的问题，因此有必要对复合水凝胶的制备工艺和应用效果进行研究改进。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提出一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶及制备方法。通过采用一步法实现了可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备，其绿色无污染、流程简单方便的制备工艺达成了对活性染料中高分子有机物的高效去除兼具以废治废的三重目的。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备方法，步骤如下：（1）将活性炭粉碎、过筛，得到活性炭粉颗粒；（2）将聚乙烯醇溶于去离子水中，通过水浴加热，连续搅拌，得到无色透明状溶液，冷却至室温后，加入海藻酸钠，继续搅拌，然后缓慢加入步骤（1）所得的的活性炭粉颗粒，持续搅拌至溶液变为均一乳液状后，加入去离子水，继续搅拌直至形成胶状溶液；（3）将步骤（2）所得的胶状溶液通过超声排气后，取出倒入玻璃模具中，静置固化，冷却定型，得到胶状物；
（4）将步骤（3）所得胶状物放入氯化镧溶液中恒温浸泡成胶，得到可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶。
[0007]进一步，所述步骤（1）中活性炭粉颗粒目数为30
‑
140目。
[0008]优选地，所述步骤（1）中活性炭粉颗粒的目数为80
‑
120目。
[0009]进一步，所述步骤（2）中每10
‑
40mL去离子水中含有1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇。
[0010]优选地，所述步骤（2）中每15
‑
30mL去离子水中含有1.8
‑
2.2g的聚乙烯醇。
[0011]进一步，所述步骤（2）中水浴加热的温度为65
‑
90℃，水浴加热的时间为1
‑
4h。
[0012]优选地，所述步骤（2）中水浴加热的温度为70
‑
85℃，水浴加热的时间为1.5
‑
2.5h。
[0013]进一步，所述步骤（2）中每1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇添加海藻酸钠0.2
‑
1g。
[0014]优选地，所述步骤（2）中每1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇添加海藻酸钠0.4
‑
0.6g。
[0015]进一步，所述步骤（2）每1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇添加活性炭粉颗粒0.01
‑
0.5g，添加去离子水3
‑
8mL。
[0016]优选地，所述步骤（2）中每1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇添加活性炭粉颗粒0.2
‑
0.3g，添加去离子水4
‑
6mL。
[0017]进一步，所述步骤（3）中超声排气的时间为10
‑
40min，静置固化的温度为20
‑
50℃，静置固化的时间为12
‑
48h。
[0018]优选地，所述步骤（3）中超声排气的时间为20
‑
35min，静置固化的温度为25
‑
40℃，静置固化的时间为16
‑
34h。
[0019]进一步，所述步骤（4）氯化镧溶液中氯化镧的添加量为1wt.%
‑
5wt.%，浸泡时间为12
‑
48h。
[0020]优选地，所述步骤（4）氯化镧溶液中氯化镧的添加量为1wt.%
‑
2wt.%，浸泡时间为12
‑
24h。
[0021]进一步，上述方法制备的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶。
[0022]进一步，所述的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶在作为印染废水活性染料中的高分子有机物吸附剂的应用进一步，所述的应用中印染废水活性染料中的高分子有机物为刚果红、亚甲基蓝、孔雀石绿或罗丹明中的至少一种。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所制备的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶在具有生物炭针对高分子有机物较高吸附能力的同时兼具水凝胶三维网络结构，机械强度较高，吸水性良好，可重复使用性强，极大节省了吸附后分离操作的能耗，应用面广。
[0024]2、本专利技术采用来源广泛的炭、海藻酸钠、聚乙烯醇为主要原料，通过“一步法”制备新型复合水凝胶，具有原料来源广、制备成本低、对环境友好等优势，高度契合当下化工绿色发展理念。同时，所采用的特定目数的活性炭粉颗粒可避免因粒径过大导致分散性大、传质效果差，进而影响吸附效果；因粒径过小导致炭粉颗粒泄露，达不到预期包埋效果等情况。
[0025]3、本专利技术所提供的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶可广泛应用于针对印染废水中活性染料高分子有机物的吸附，吸附性能较高，其中吸附15min，对刚果红吸附率达90.85%，对亚甲基蓝吸附率达88.93%，对罗丹明B吸附率达84.23%，对孔雀石绿吸附率
达81.74%，实现了对印染废水中高分子有机物的高效吸附。
附图说明
[0026]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，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将活性炭粉碎、过筛，得到活性炭粉颗粒；（2）将聚乙烯醇溶于去离子水中，通过水浴加热，连续搅拌，得到无色透明状溶液，冷却至室温后，加入海藻酸钠，继续搅拌，然后缓慢加入步骤（1）所得的的活性炭粉颗粒，持续搅拌至溶液变为均一乳液状后，加入去离子水，继续搅拌直至形成胶状溶液；（3）将步骤（2）所得的胶状溶液通过超声排气后，取出倒入玻璃模具中，静置固化，冷却定型，得到胶状物；（4）将步骤（3）所得的胶状物放入氯化镧溶液中恒温浸泡成胶，得到可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中每10
‑
40mL去离子水中含有1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇。3.根据权利要求2所述的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中水浴加热的温度为65
‑
90℃，水浴加热的时间为1
‑
4h。4.根据权利要求3所述的可吸附活性染料的包埋生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中每1.4
‑
2.5g的聚乙烯醇添加海藻酸钠0.2

【专利技术属性】
技术研发人员：郭逸晨，闫改萌，党丹，宋睿，华先瑞，董笑浦，李玉丹，刘奕荣，詹伟刚，
申请(专利权)人：郭逸晨，
类型：发明
国别省市：