一种凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及环境功能材料技术领域，具体而言，涉及一种凝胶材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的一种凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系在交联剂条件下进行反应。本发明专利技术以氧化活性炭和聚乙烯醇为原料，将二者的混合物在交联剂中进行交联反应，制备出一种兼具水溶胀性低、机械强度好、稳定不易粘连、生物相容性高的多孔凝胶材料。胶材料。胶材料。

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环境功能材料
，具体而言，涉及一种凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚乙烯醇(PVA)是一种具有良好的亲水性的高分子化合物，其分子链含有丰富的羟基，这是其具备良好水溶性的化学结构基础。由于羟基之间容易形成氢键，并且羟基也易于与其他原子形成配位键，从而可形成具备一定结构和功能的新型材料，这使得PVA在功能材料合成领域具备得天独厚的优势。总之，PVA具备极性强、水溶性高、反应控制灵活、无生物毒性等优点，在农业、生物、医疗卫生、环保等领域具有广泛应用前景。
[0003]当前，通过冷冻及硼酸催化促进PVA分子氢键自交联合成的PVA凝胶，尚存在机械稳定性差导致的使用寿命短、交联不彻底引起的凝胶易粘连、结构致密导致的微生物挂膜效果差和易发生溶胀等技术局限，这些问题限制了其推广和应用。此外，PVA凝胶也面临着一定的生物降解风险，这进一步限制了其在废水生物处理行业的应用推广。
[0004]以往的研究表明，通过向PVA凝胶材料中掺杂其他固相材料，可以起到骨架支撑和扩孔的作用，能有效提高其机械强度和使用寿命。近年来，本领域研究人员尝试使用不同的有机和无机原料(如聚醋酸脂纤维、纳米二氧化硅、纳米铁粉等)掺杂，对PVA凝胶产品性能加以改进，并在上述某些方面取得了一定的改善效果，掺杂聚酯纤维时可显著提高载体的生物相容性；掺杂纳米二氧化硅或纳米铁粉，可提高载体的机械强度。然而，获得同时具备机械强度好、水溶胀性低、稳定不易粘，且具备良好生物相容性的PVA基凝胶产品仍然是当前的迫切技术需求。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及一种凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系在交联剂条件下进行反应。
[0008]本专利技术提供一种凝胶材料的制备方法，以解决现有技术中的凝胶材料不能同时具备机械强度好、水溶胀性低、稳定不易粘、生物相容性好的问题；本专利技术以氧化活性炭和聚乙烯醇为原料，将二者的混合物在交联剂条件下进行交联反应，制备出一种兼具水溶胀性低、机械强度好、稳定不易粘连、生物相容性好的多孔PVA基凝胶材料。该方法简单易行。
[0009]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还涉及如上所述的凝胶材料的制备方法制备得到的凝胶材料。
[0010]本专利技术的凝胶材料孔隙发达，机械性能优异，并且具备优良的微生物亲和性，有利于微生物快速附着生长。
[0011]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还涉及一种水体处理方法，将如上所述的凝胶材料作为载体进行微生物培养，得到负载于所述凝胶材料上的微生物膜，采用所述微生物
膜对待处理水体进行处理；
[0012]所述凝胶材料填充于生物反应器中。
[0013]本专利技术采用凝胶材料作为载体进行微生物培养，可具备优良的微生物挂膜效果，将凝胶材料填充于生物反应器内，可促进形成优质的载体生物膜污泥，能促进微生物的有效截留，减缓因环境波动或水力条件改变导致的微生物流失及活性受到抑制，从而提高反应器的处理效能，维护工艺运行的稳定性。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0015](1)本专利技术以氧化活性炭和聚乙烯醇为原料，将二者的混合物在交联剂条件下进行交联反应，制备出一种兼具水溶胀性低、机械强度好、稳定不易粘连、生物相容性好的多孔PVA基凝胶材料。该方法制备过程简单，原材料来源广泛，常温常压操作，便于实现大规模工业生产。
[0016](2)本专利技术的凝胶材料孔隙发达，机械性能优异，并且具备优良的微生物亲和性，有利于微生物快速附着生长。
[0017](3)本专利技术采用凝胶材料作为载体进行微生物培养，可具备优良的微生物挂膜效果，将凝胶材料填充于生物反应器内，可促进形成优质的载体生物膜污泥，能促进微生物的有效截留，减缓因环境波动或水力条件改变导致的微生物流失及活性受到抑制，从而提高反应器的处理效能，维护工艺运行的稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为实施例1制备得到的凝胶材料的图片；
[0020]图2为实施例2制备得到的凝胶材料的图片；
[0021]图3为对比例1制备得到的凝胶材料的图片；
[0022]图4为对比例2制备得到的凝胶材料的图片；
[0023]图5为对比例3制备得到的凝胶材料的图片；
[0024]图6为实施例1的凝胶材料挂膜微生物的SEM(扫描电镜)图；
[0025]图7为实施例2的凝胶材料挂膜微生物的SEM图。
具体实施方式
[0026]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0027]根据本专利技术的一个方面，本专利技术涉及一种凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028]将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系在交联剂条件下进行反应。
[0029]本专利技术以氧化活性炭(Oxidized Active Carbon，OAC)和聚乙烯醇为原料，将二者
的混合体系在交联剂条件下，制备出一种水溶胀性低、机械强度好、稳定不易粘连、生物相容性好的多孔PVA基凝胶材料。
[0030]优选地，将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系滴加至交联剂中进行反应。
[0031]优选地，所述反应的时间为12～24h。
[0032]在一种实施方式中，本专利技术中的反应时间还可以选择13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h或23h。
[0033]优选地，所述氧化活性炭的制备方法，包括以下步骤：
[0034]将活性炭、浓硝酸和浓硫酸的混合物进行热处理，再进行固液分离，对所述固液分离得到的固体进行干燥处理。
[0035]活性炭是一种有机多孔、无生物毒性，并具备一定强度的固体材料，通过氧化处理改性，可使其表面富含更多的羟基与羧基，这能显著促进PVA与氧化改性活性炭之间的羟基与羧基共交联，因此通过一定量的氧化改性活性炭掺杂，可实现强化交联、骨架支撑和扩孔的多重作用，从而达到PVA凝胶产物更彻底地聚合、并使得其孔隙度和机械强度显著提升。
[0036]优选地，所述活性炭、浓硝酸和浓硫酸的用量比为(0.5～2)g:(160～320)mL:(40～120)mL。
[0037]在一种实施方式中，所述活性炭、浓硝酸和浓硫酸的用量比还可以选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系在交联剂条件下进行反应。2.根据权利要求1所述的凝胶材料的制备方法，其特征在于，将氧化活性炭和聚乙烯醇溶液的混合体系滴加至交联剂中进行反应；优选地，所述反应的时间为12～24h。3.根据权利要求1或2所述的凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述氧化活性炭的制备方法，包括以下步骤：将活性炭、浓硝酸和浓硫酸的混合物进行热处理，再进行固液分离，对所述固液分离得到的固体进行干燥处理；优选地，所述活性炭、浓硝酸和浓硫酸的用量比为(0.5～2)g:(160～320)mL:(40～120)mL；优选地，所述浓硝酸中，硝酸的质量百分比为65％～68％；优选地，所述浓硫酸中，硫酸的质量百分比为95％～96％；优选地，所述热处理的温度为110～140℃，所述热处理的时间为40～50h；优选地，所述活性炭的目数为80～120目；优选地，所述干燥处理的温度为55～65℃。4.根据权利要求1或2所述的凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述混合体系还包括碱液；优选地，所述氧化活性炭与碱液进行混合，再与所述聚乙烯醇溶液进行混合；优选地，在氧化活性炭、碱液和聚乙烯醇溶液组成的混合物中，聚乙烯醇的质量百分比为7.2％～9.3％；优选地，所述氧化活性炭和所述聚乙烯醇的质量比为1:(12～24)；优选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液；优选地，所述氢氧化钠和所述氧化活性炭的质量比为(3～5):(0.5～1)；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建清，梁继东，靳德源，王金兴，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：