玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法及应用，属于复合功能材料制备技术领域。制备方法为：将玉米芯粉用蒸馏水冲洗，煮沸脱去其天然色素，用去离子水浸泡并洗净后烘干备用；在酸性条件下，将蒙脱土加入到含有硅烷偶联剂的乙醇/水溶液中制得硅烷化蒙脱土；将预处理后的玉米芯粉和β

【技术实现步骤摘要】
玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于复合功能材料制备
，具体涉及一种玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着印染、纺织、印刷、皮革、化妆品、食品等工业的不断发展，每年有大量的有机染料废水产生，对水体资源和生命健康都造成了严重威胁。有机染料大多含复杂的芳环结构、化学稳定性高难降解，且大多染料具有生物毒性，被认为是顽固性污染物，因此，大量的研究致力于对废水中有机染料的去除。目前，去除染料的方法主要有：高级氧化法、电化学处理法、吸附法、生物处理和膜过滤等，其中吸附法由于简单易操作、能够快速去除污染物，且吸附剂可多次利用而受到人们的青睐。
[0003]玉米是我国的主要农作物之一，玉米芯是玉米脱去籽粒后的穗轴，其不仅含有大量的纤维素、半纤维素以及木质素等成分，且韧性好、组织均匀、吸水性强，具有好的吸附材料潜质。但每年我国的玉米芯被大量丢弃或者燃烧掉，造成很大的浪费。蒙脱土是一种层状水铝硅酸盐天然矿物，储量丰富，价格低廉，具有吸附能力而被用于污水处理领域，但天然蒙脱土对有机污染物的亲和能力并不是很强，不能达到很好去除废水中染料分子的效果（王丽艳，杨超，李欢，等.有机改性蒙脱土对污水处理研究进展，功能材料，2022，12(53): 12065
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12072.）。目前蒙脱土的改性方法主要有：阳离子交换法、阴离子的非共价键作用，以及与蒙脱土表面的
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OH发生反应。常用的阳离子表面活性剂包括有机季铵盐、有机季鏻盐、有机咪唑盐等，阴离子表面活性剂主要有十二烷基磺酸钠，通过与蒙脱土层间的金属离子交换或者离子偶极作用或氢键作用，引入有机基团，扩大层间距并提高蒙脱土的亲油性和疏水性。甚至在离子交换或者偶联剂改性的基础，改性的蒙脱土也可进一步和聚合物单体进行熔融混合或者原位聚合制得复合材料。以上改性方法虽然能够赋予蒙脱土新的吸附特性，但是过程往往不易控制，制备工艺复杂、生产能耗高，较难进行工业化生产。
[0004]吸附剂是吸附的“心脏”，在染料的吸附过程中起着至关重要的作用，而寻求经济、环保、有效的吸附剂一直是人们努力的方向。开发具有环境友好型、低成本及再生性好的有机改性蒙脱土复合材料，是本领域的重点研究方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提供一种玉米芯/环糊精/蒙脱土三元复合吸附材料的制备方法，其特点在于所用原料不仅绿色环保、价格低廉，且制备工艺简单易操作、反应条件温和，所制备产物兼具了玉米芯、环糊精和蒙脱土三者的特性，其吸附性能大大提高。
[0006]本专利技术先将蒙脱土上的羟基与硅烷偶联剂KH
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560进行反应，制得含有末端环氧基团的硅烷化蒙脱土，然后再利用环氧氯丙烷在碱性条件下，与脱色后的玉米芯粉及环糊精上的羟基进行开环聚合反应，制得表面粗糙多孔的层状玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将玉米芯粉用蒸馏水冲洗，煮沸脱去其天然色素，用去离子水浸泡并洗净后在80℃下烘干备用；（2）在酸性条件下，将蒙脱土加入到含有硅烷偶联剂KH
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560的乙醇/水溶液中进行回流24小时，所得产物用无水乙醇多次洗涤，得到硅烷化蒙脱土；（3）将预处理后的玉米芯粉和β
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环糊精加入到去离子水中，并加入NaOH水溶液进行碱化，将原料中的
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OH变成
‑
ONa；（4）在步骤（3）所得溶液中加入硅烷化蒙脱土，搅拌30min后，升温并向反应液中缓慢滴加环氧氯丙烷（1滴/秒），滴加完毕后继续反应一段时间后，冷却到室温，用无水乙醇和去离子水反复多次洗涤产物，并于70℃真空干燥，得到玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料。
[0008]优选的，步骤（1）中所用玉米芯粉为35目，沸水煮的时间为3h，浸泡时间为24h。
[0009]优选的，步骤（2）中乙醇和水的体积比为1:1~12:1；酸性条件为采用醋酸调节pH为4；蒙脱土和硅烷偶联剂KH
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560的质量比为10：7。
[0010]优选的，步骤（3）中玉米芯粉和β
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环糊精的质量比为1：0.3~1：2。
[0011]优选的，步骤（3）中所用NaOH水溶液的用量为25~75mL/g玉米芯粉，质量浓度为5%~25%。
[0012]优选的，步骤（3）中碱化时间为12h。
[0013]优选的，步骤（4）所加入硅烷化蒙脱土与玉米芯粉的质量比为0.3：1~5：1。
[0014]优选的，步骤（4）中环氧氯丙烷的量为3~25mL/g玉米芯粉。
[0015]优选的，步骤（4）中的反应温度为20~80℃。
[0016]优选的，步骤（4）中的反应时间为4~48h。
[0017]本专利技术提供了一种通过上述方法制备的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料，所得复合吸附材料能用于对有机染料分子的吸附。
[0018]进一步地，所用有机染料分子为孔雀石绿（MG）。
[0019]具体应用过程为：分别称取10 mg的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合材料，加入到20 mL的孔雀石绿染料溶液中，在20~60℃下以800rpm磁力搅拌1~360min进行吸附，孔雀石绿染料溶液的质量浓度为30~400mg/L，pH值为3~13。
[0020]本专利技术提供的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合材料对孔雀石绿的吸附平衡时间为90min，最大吸附量为518.79mg/g，去除率为99.77%。碱性更有利于该材料对孔雀石绿的吸附，这是因为在碱性环境中
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OH脱质子化为
‑
O
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，增加了与孔雀石绿的静电相互作用。在45℃时对孔雀石绿的吸附量达到最大，这是因为温度升高增加了染料分子的不规则运动加快，以及与吸附剂分子间的碰撞和相互作用，但温度过高时，染料分子与吸附剂间的相互作用力会被减弱，从而吸附效果下降。
[0021]本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术所提供的一种玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，将廉价易得的玉米芯、β
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环糊精和蒙脱土进行反应，一方面通过环氧氯丙烷交联反应将玉米芯及环糊精接枝到蒙脱土的表面及层间，提高了蒙脱土层间及表面的亲油性，增加了蒙脱土
夹层的亲油性，可以更好地作用于有机分子；另一方面所得复合物不仅表面含有大量的羟基，而且还有环糊精
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内疏水外亲水
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的结构单元，可以很好的与多种有机污染物形成氢键、静电、包结作用等非共价作用力。
[0022]（2）本专利技术提供的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，有效克服了天然玉米芯及蒙脱土对有机污染物吸附性差的缺陷，用于对染料分子的吸附处理，具有很好的吸附性能。
[0023]（3）本专利技术合成工艺简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将玉米芯粉用蒸馏水冲洗，煮沸脱去其天然色素，用去离子水浸泡并洗净后在80℃下烘干备用；（2）在酸性条件下，将蒙脱土加入到含有硅烷偶联剂的乙醇/水溶液中进行回流24小时，所得产物用无水乙醇多次洗涤，得到硅烷化蒙脱土；（3）将预处理后的玉米芯粉和β
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环糊精加入到去离子水中，并加入NaOH水溶液进行碱化，将原料中的
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OH变成
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ONa；（4）在步骤（3）所得溶液中加入硅烷化蒙脱土，搅拌30min后，升温并向反应液中缓慢滴加环氧氯丙烷，滴加完毕后继续反应，反应完毕后冷却到室温，用无水乙醇和去离子水反复多次洗涤产物，并于70℃真空干燥，得到玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料。2.根据权利要求1所述的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所用玉米芯粉为35目，沸水煮的时间为3h，浸泡时间为24h。3.根据权利要求1所述的玉米芯/环糊精/蒙脱土复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中乙醇和水的体积比为1:1~12:1；酸性条件为采用醋酸调节pH为4；蒙脱土和硅烷偶联剂KH
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560的质量比10：7。4.根据权利要求1所述的玉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，谢龙，王丽琼，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：