一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气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改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用，该方法是以氧化石墨烯纳米材料和改性淀粉为原料，以丙烯酸为交联剂，然后将氧化石墨烯纳米材料加入改性淀粉丙烯酸共聚溶液中，通过溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶新型复合材料合成方法
，具体涉及一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着各行各业的迅猛发展，水体污染事故时有发生，不同工业或生活活动产生的废水通常会受到大量污染物的污染，这些污染物包括重金属离子等无机污染物、染料和药物等有机物、细菌等生物污染物和作为放射性核素的辐射废物。这些有害物质对人类和环境都有直接和负面的影响，特别是重金属离子污染，会在环境中滞留很长时间，最后通过食物链进入人体并大量沉积，造成多种疾病隐患，所以从水中清除这些有害物质是一个备受关注和高度优先的严重问题。
[0003]近年来，各种水净化处理技术得到了发展，如吸附、离子交换、沉淀、混凝/絮凝、膜处理、氧化、光降解等。其中吸附法不仅能有效脱色，同时还能吸附重金属离子、去除废水中不易被化学和生物法处理的物质，成为使用最广泛和最新趋势。如今纳米技术的发展，一些类型的纳米吸附剂、纳米生物吸附剂或纳米催化剂因其在水处理过程中去除多污染物方面的优异和独特的特性而受到了广泛的关注，碳纳米材料因具有优良的热稳定性、机械韧性和吸附性能而成为当前主要的功能性吸附剂，石墨烯是近年来热门的新兴材料之一，作为碳家族中崭新的一员，高比表面积的结构特点使其具有良好的吸附性，已有不少文献报道了石墨烯基材料作为吸附剂应用于污水处理的研究。
[0004]淀粉基气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、优良可降解性等特点，是优良的载体材料，主要原料淀粉在天然聚合物中是制备功能气凝胶的理想材料以木薯淀粉(CS)为基质、N
‑
异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体、过硫酸铵为引发剂，采用N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，制备木薯淀粉/海藻酸钠温敏性Pb
2+
印迹材料(CPIT)，该材料对Pb
2+
的吸附量为113.87mg/g。(海藻酸钠/木薯淀粉基温敏性分子印迹材料的制备及金属离子吸附性能研究[D].海南大学,2020.)。为了改善淀粉的功能特性，利用物理、化学、生物等方法对原淀粉进行改性处理，可以扩大淀粉的应用范围。但是目前的纯淀粉基气凝胶由于网络不均一导致其机械强度差、韧性不足等缺点，极大的限制了应用范围。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法和应用，以解决纯淀粉基气凝胶机械强度差、凝胶网络中分子链相互作用弱、韧性不足的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶，所述改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的结构式如下：
[0008][0009]式中，m＝1～10，n＝1～20。
[0010]本专利技术还公开了上述改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一，以质量份数计，将10～15份玉米淀粉加入10～20份乙酸乙酯搅拌得到淀粉悬浮液；在淀粉悬浊液中加入1～5份吡啶继续搅拌，滴加0.5～1.0份丙烯酰氯进行反应，然后加入5～10份乙醇终止反应，静置，洗涤，离心，干燥，得到改性淀粉；
[0012]步骤二，以质量份数计，在1～5份石墨粉中加入20～25份H2SO4搅拌，加入1～5份KMnO4进行反应，超声分散，然后加入40～50份去离子水继续反应，稀释，加入10～15份H2O2溶液至不再有气泡产生，洗涤，干燥，得到深棕色片状氧化石墨烯；
[0013]步骤三，以质量份数计，将改性淀粉加入去离子水中糊化得到淀粉糊，在淀粉糊中加入0.06～0.07份过硫酸铵与0.1～0.5份N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺进行搅拌，滴加0.1～2.0份丙烯酸继续搅拌，加入0.01～0.03份氧化石墨烯搅拌后静置形成水凝胶，将水凝胶冷冻干燥得到改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶。
[0014]优选地，步骤一中，在20～30℃下搅拌10～20min得到淀粉悬浮液；加入吡啶继续搅拌10～30min；
[0015]滴加丙烯酰氯的速度为每秒3～5滴，在20～30℃反应20～30min；静置时间为20～30min，在75～85℃干燥20～30h；
[0016]离心转速为5000～8000r/min，离心时间为5～10min。
[0017]优选地，步骤一中，玉米淀粉分子量为16000～500000，丙烯酰氯的质量分数为5～10％。
[0018]优选地，步骤二中，加入H2SO4在15～20℃条件下搅拌，保持搅拌状态，在1～2h内加入KMnO4继续反应1～2h；
[0019]超声分散处理时间为8～12h，加入去离子水继续反应10～20min，用100～150份75～90℃的去离子水稀释。
[0020]优选地，步骤二中，在搅拌条件下加入10～15份质量分数为30％的H2O2溶液；用质量分数为5～10％的稀HCl溶液和去离子水反复洗涤，直至pH值为5～7，在55～60℃下真空干燥得到氧化石墨烯。
[0021]优选地，步骤二中，石墨粉分子量为16～17，H2SO4的质量分数为80～85％。
[0022]优选地，步骤三中，改性淀粉与去离子水的比例为1:15～1:20。
[0023]优选地，步骤三中，于80～90℃下搅拌20～30min糊化，滴加丙烯酸继续搅拌10～
20min；
[0024]加入氧化石墨烯搅拌10～20min后静置20～30min形成水凝胶，将水凝胶冷冻干燥40～50h。
[0025]本专利技术还公开了上述改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶在制备重金属离子吸附剂中的应用。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术公开了一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶，复合气凝胶具有多孔网络结构，其表面及片层之间含有大量羟基、羧基、羰基等含氧基团，能和多价金属离子通过静电引力和配位键结合，因此可用于染料、重金属的吸附以及空气净化、水污染处理等方面。
[0028]本专利技术公开的一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，以氧化石墨烯纳米材料和改性淀粉为原料，以丙烯酸为交联剂，然后将氧化石墨烯纳米材料加入改性淀粉丙烯酸共聚溶液中，通过溶胶
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凝胶法制备出改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶。将纳米级材料氧化石墨烯通过化学键交联方式引入到改性淀粉基质中，依靠二者之间的氢键等强相互作用，以达到提高气凝胶力学强度和机械韧性的目的。与纯淀粉基气凝胶相比，改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的抗拉强度、断裂伸长率和抗压强度都有所提高，可有效改善淀粉基气凝胶机械强度差、凝胶网络中分子链相互作用弱、韧性不足的缺点，这是由于复合气凝胶具有高比表面积、高孔隙率，孔洞结构较为致密，轻质的特点，且当凝胶受外界应力时，氧化石墨烯可有效地转移和分散应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶，其特征在于，所述改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的结构式如下：式中，m＝1～10，n＝1～20。2.权利要求1所述的一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，以质量份数计，将10～15份玉米淀粉加入10～20份乙酸乙酯搅拌得到淀粉悬浮液；在淀粉悬浊液中加入1～5份吡啶继续搅拌，滴加0.5～1.0份丙烯酰氯进行反应，然后加入5～10份乙醇终止反应，静置，洗涤，离心，干燥，得到改性淀粉；步骤二，以质量份数计，在1～5份石墨粉中加入20～25份H2SO4搅拌，加入1～5份KMnO4进行反应，超声分散，然后加入40～50份去离子水继续反应，稀释，加入10～15份H2O2溶液至不再有气泡产生，洗涤，干燥，得到深棕色片状氧化石墨烯；步骤三，以质量份数计，将改性淀粉加入去离子水中糊化得到淀粉糊，在淀粉糊中加入0.06～0.07份过硫酸铵与0.1～0.5份N,N
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亚甲基双丙烯酰胺进行搅拌，滴加0.1～2.0份丙烯酸继续搅拌，加入0.01～0.03份氧化石墨烯搅拌后静置形成水凝胶，将水凝胶冷冻干燥得到改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶。3.根据权利要求2所述的一种改性淀粉/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一中，在20～30℃下搅拌10～20min得到淀粉悬浮液；加入吡啶继续搅拌10～30min；滴加丙烯酰氯的速度为每秒3～5滴，在20～30℃反应20～30min；静置时间为20～30min，在75～85℃干燥20～30h；离心转速为5000～8000r/min，离心时间为5～10min。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：吕生华，危得全，左晶晶，梁珊，张姗姗，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：