一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶及其在吸附MPs和油水分离中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶及其在吸附MPs和油水分离中的应用。采用非氟化涂层技术制备了多功能气凝胶，由聚二甲基硅氧烷、CZIF

【技术实现步骤摘要】
一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶及其在吸附MPs和油水分离中的应用


[0001]本专利技术涉及超疏水材料
，具体涉及一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶及其在微塑料(MPs)的去除和油水分离中的多功能应用。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，水资源的污染是一个日益严重的问题。它将严重影响生态系统和人类健康，导致环境退化和世界各地疾病的发生。这些污染物主要包括重金属、泄漏油、工业含油废水和微塑料，特别是漏油废水和含油废水对环境的影响最大。另外，微塑料(MPs)在水生和陆地环境中普遍存在，MPs在水生环境中容易老化，导致表面形态粗糙，表面特性带负电荷，易于作为许多有机污染物和有害微生物的移动平台。目前的研究表明，多种类型的MPs很容易被生物体摄取，影响人类健康。为了解决这些问题，各种物理和化学方法，如原位焚烧、生物降解、膜分离、化学分散或凝血、光催化和电化学已被广泛应用。例如，混凝
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絮凝
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沉降技术可以去除MPs达到75.6
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85.2％，膜生物反应器可以显著去除超过95％的MPs(>20μm)，但它们的操作成本昂贵，分离效率低、能耗高、二次污染高等局限性，阻碍了其在实践中的应用。因此，人们希望开发一种快速和有效的方法来去除含油废水以及微塑料。
[0003]Zhuang等人采用液氮冷冻法制备了一种具有定向结构的纤维素纳米纤维气凝胶，用于水中小尺寸MPs的吸附。Sun等人用氧化石墨烯(GO)和掺氧氮化碳(O
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C3N4)制备了甲壳素基海绵，对MPs吸附率达92.1％。在上述吸附方法中，吸附法由于成本低、操作简单、效率高、节省时间等优点，是最受公众关注的策略之一。近年来，具有优异油水分离效率的多孔材料如气凝胶、多孔膜和海绵等引起了广泛关注，特别是壳聚糖气凝胶，由于其具有孔隙率高、细胞结构开放、力学性能好、弹性好、低成本等优点，已广泛应用于油水分离和MPs吸附。但纯壳聚糖气凝胶表现出亲水性，这意味着它们会同时吸附水和MPs，从而大大降低了它们对MPs的吸附能力，甚至破坏了其力学行为。因此，有必要对气凝胶进行修饰，使其能够选择性地吸收油或水，从而实现油水分离，并有望在去除MPs时获得较好的吸收性能和较高的可回收性，进而实现吸附MPs和油水分离的多功能应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术采用非氟化涂层技术制备了多功能气凝胶，以壳聚糖作为载体用来支撑CZIF
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67，聚二甲基硅氧烷进行疏水化处理，得到的气凝胶对MPs和油都具有较高的吸附能力，去除效率接近100％。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶，制备方法包括如下步骤：
[0006]1)六水合硝酸钴溶解在甲醇中形成溶液A，2
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甲基咪唑溶解在甲醇中形成溶液B，将溶液A和溶液B混合搅拌后，离心洗涤，干燥，煅烧，得到CZIF
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67。
[0007]2)将CZIF
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67加入去离子水中，加入壳聚糖(CS)和乙酸，搅拌形成壳聚糖水凝胶，
冷冻干燥，得到CZIF
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67/CS气凝胶。
[0008]3)取疏水材料，加入或不加入固化剂，溶于有机溶剂中，搅拌得到均匀悬浮液，将CZIF
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67/CS气凝胶浸入悬浮液中，然后将混合体系真空干燥，得到磁响应超疏水壳聚糖气凝胶PDMS@CZIF
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67/CS。
[0009]优选的，步骤1)中，按摩尔比，六水合硝酸钴:2
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甲基咪唑＝1:1。
[0010]优选的，步骤1)中，所述煅烧是，在600℃下煅烧1h。
[0011]优选的，步骤2)中，按质量比，壳聚糖:CZIF
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67＝5～10:1。更优选的，按质量比，壳聚糖:CZIF
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67＝10:1。
[0012]优选的，步骤3)中，所述疏水材料选自硬脂酸、月桂酸、PFTEOS或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。更优选的，所述疏水材料是PDMS。
[0013]优选的，步骤3)中，所述固化剂是二苯基氨基甲酸丁酯。
[0014]优选的，步骤3)中，所述有机溶剂选自乙醇或正己烷。
[0015]本专利技术提供的一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶作为吸附剂在去除有机污染物中的应用。
[0016]优选的，方法如下，调节含有有机污染物的水溶液的pH为6
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12，然后加入磁响应超疏水壳聚糖气凝胶PDMS@CZIF
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67/CS，利用振荡箱进行振荡吸附，之后利用磁铁分离。更优选的，调节含有有机污染物的水溶液的pH为8。
[0017]优选的，所述有机污染物是抗生素、微塑料衍生物、阴离子染料或阳离子染料。
[0018]更优选的，所述抗生素选自左氧氟沙星和四环素。
[0019]更优选的，所述微塑料衍生物选自微塑料或邻苯二甲酸二甲酯。
[0020]更优选的，所述阴离子染料选自刚果红或甲基橙。
[0021]更优选的，所述阳离子染料选自罗丹明B和亚甲基蓝。
[0022]本专利技术提供的一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶作为吸附剂在油水分离中的应用。
[0023]优选的，方法如下：在油水混合物中加入磁响应超疏水壳聚糖气凝胶PDMS@CZIF
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67/CS，静置吸附。
[0024]更优选的，所述油包括正己烷、正戊烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、DMF、氯仿、机油、花生油和橄榄油。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术的PDMS@CZIF
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67/CS与纯壳聚糖气凝胶相比，具有更高的比表面积，在吸附过程中提供更多的活性位点，并且冷冻干燥后材料内部孔体积更大更有利于吸附。对带负电荷的微塑料的主要吸附机理是疏水相互作用、静电相互作用、π
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π相互作用和氢键作用。
[0027]2、本专利技术的PDMS@CZIF
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67/CS能够同时吸附MPs和油水分离，另外对其他的新型污染物(抗生素、微塑料衍生物、阴离子染料等)都具有很好的去除效果，并且在强酸强盐等恶劣环境中仍然具有优异的吸附效果。
[0028]3、本专利技术的PDMS@CZIF
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67/CS具有优异的磁性和光热转换性能，可实现磁驱动吸油和高粘度油的去除。这种多功能性气凝胶为复杂恶劣水环境中去除MPs、油和其他新型污染物提供了新策略。
[0029]4、本专利技术使用的超疏水改性剂是不含氟的环保试剂，整个制备方法非常简单，不
需要使用昂贵的试剂、设备以及苛刻的实验条件，原料易得，生产成本低，合成的材料稳定性好、分离效率高、循环性能强，解决了现有制备超疏水材料的方法存在生产成本高的问题。
附图说明
[0030]图1是PDMS@CZIF
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67/CS气凝胶合成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶，其特征在于，所述磁响应超疏水壳聚糖气凝胶制备方法包括如下步骤：1)六水合硝酸钴溶解在甲醇中形成溶液A，2
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甲基咪唑溶解在甲醇中形成溶液B，将溶液A和溶液B混合搅拌后，离心洗涤，干燥，煅烧，得到CZIF
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67；2)将CZIF
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67加入去离子水中，加入壳聚糖CS和乙酸，搅拌形成壳聚糖水凝胶，冷冻干燥，得到CZIF
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67/CS气凝胶；3)取疏水材料，加入或不加入固化剂，溶于有机溶剂中，搅拌得到均匀悬浮液，将CZIF
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67/CS气凝胶浸入悬浮液中，然后将混合体系真空干燥，得到磁响应超疏水壳聚糖气凝胶PDMS@CZIF
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67/CS。2.根据权利要求1所述的一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶，其特征在于，步骤1)中，按摩尔比，六水合硝酸钴:2
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甲基咪唑＝1:1；所述煅烧是，在600℃下煅烧1h。3.根据权利要求1所述的一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶，其特征在于，步骤2)中，按质量比，壳聚糖:CZIF
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67＝5～10:1。4.根据权利要求1所述的一种磁响应超疏水壳聚糖气凝胶，其特征在于，步骤3)中，所述疏水材料选自硬脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏茜茜，许旭，冉敏，马慕瑶，郭禹含，孙同鑫，张蕾，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：