【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境保护材料，涉及一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶及制备方法和应用。
技术介绍
1、壳聚糖是一种低廉易得的可再生天然高分子，在自然界中含量丰富，含有大量的羟基和氨基基团，对重金属离子有很强的螯合性，是一种绿色吸附剂。然而，由于天然壳聚糖存在酸性条件下易水解的缺点，壳聚糖粉末与壳聚糖水凝胶都表现出较差的机械性能，这将限制壳聚糖吸附材料在酸性土壤与水环境中的应用，这一缺点也将不利于壳聚糖基吸附材料的重复利用，因此通常将壳聚糖进行物理化学改性，通过有机交联、无机复合或改变制备水凝胶珠的方式增强壳聚糖的吸附性与机械强度。
2、双网络水凝胶是指在水性微环境中具有三维网状结构的物质，能够通过吸收和保留水分子溶胀但不被溶解或失去三维结构，通常由合成高分子材料与天然高分子材料构成。由壳聚糖(cs)与丙烯酸(aa)制备得到的聚丙烯酸/壳聚糖(paa/cs)双网络水凝胶能够增强壳聚糖的耐酸性。
3、目前，以丙烯酸与壳聚糖为基础材料制备得到的水凝胶往难以兼得吸附性与机械强度的优点。水凝胶的吸附性能与其保水性、溶胀率有着极其紧密的联系。高保水性能的水凝胶可以通过吸收足够多的水最大程度地将三维结构中的吸附位点暴露给废水中存在的重金属离子，因此具备较高的吸附能力。但高溶胀率与高保水性的paa/cs水凝胶及其衍生水凝胶往往在力学性能上存在一定缺陷，容易在实际应用中损失，此外壳聚糖的高粘性也一致了材料的进一步应用；通过有机交联剂交联(例如戊二醛、环氧氯丙烷)得到的水凝胶结构紧密，机械性能较强，在水中具备稳定性，却
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种羧化氧化石墨烯作为交联剂的新型壳聚糖基水凝胶的制备方法及其应用，利用壳聚糖与羧化氧化石墨烯的自组装效应，将壳聚糖溶液与羧化氧化石墨烯溶液按照一定比例均匀共混，再在其中加入成胶剂过硫酸铵与n,n-亚甲基双丙烯酰胺，引发形成壳聚糖/羧化氧化石墨烯自由基，接着加入丙烯酸得到共混溶胶，在此基础上在一定温度区间内加热凝固得到新型壳聚糖基水凝胶，无需加入戊二醛、环氧氯丙烷等有毒交联剂，从而对环境造成污染，也不用通过edca/nhs引发体系引发酰胺反应损失部分壳聚糖、丙烯酸以及羧化氧化石墨烯等吸附材料的吸附位点。此外，羧化氧化石墨烯负载在壳聚糖上可以作为水凝胶的骨架支撑，提高水凝胶的机械性能，同时，羧化氧化石墨烯表面的大量羧基可以保证由于交联导致的吸附位点的损失降低。羧化氧化石墨烯的亲水性还能够避免制备过程中絮凝沉淀现象的产生，降低了制备的难度，具有批量生产的潜力，因此通过本专利技术方法制备得到的水凝胶具备生物相容性、保水性、凝胶性、吸附性等性能，加入羧化氧化石墨烯后还增强了亲水性和耐酸性，作为吸附材料，可以在强酸条件下对重金属具有良好的吸附性，同时可以作为prb的填充材料，具有耐损耗、易回收、吸附性强、易更换等优势。
2、一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将壳聚糖粉末加入乙酸溶液中，得到壳聚糖溶液；
4、s2、向所述壳聚糖溶液中加入羧化氧化石墨烯溶液，搅拌均匀后，得到壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液；
5、s3、向所述壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液中依次添加过硫酸铵和n,n-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解后，加入丙烯酸，得到丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液；
6、s4、将所述聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液依次经过烘干、冷却、洗涤除杂和干燥处理后，即可制得聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶。
7、进一步地，在s1中，在s1中，将所述壳聚糖粉末加入所述乙酸溶液，依次经过搅拌和超声处理后，得到所述壳聚糖溶液，其中，搅拌的速度条件大于150rpm，时间条件大于5min，超声处理的时间条件大于5min。
8、进一步地，在s1中，所述乙酸溶液的浓度为2-8％(v/v)，所述壳聚糖溶液的溶度为2-4％。
9、进一步地，所述羧化氧化石墨烯溶液的浓度为200-500mg/l。
10、进一步地，在s2中，所述羧化氧化石墨烯溶液的制备方法为：将羧化氧化石墨烯置于去离子水中搅拌并超声至溶液呈透明制得，其中，超声过程为在冰浴条件下进行。
11、进一步地，在s2中，以体积比为计，所述壳聚糖溶液：所述羧化氧化石墨烯溶液＝1:3～5，搅拌的速度条件为180rpm，时间条件为5min。
12、进一步地，在s3中，以体积比为计，所述壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液：所述过硫酸铵：所述n,n-亚甲基双丙烯酰胺＝1:2～3:2.5～3.5，所述壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液：所述丙烯酸溶液＝1:7.5～12。
13、进一步地，在s4中，烘干的温度条件为60～70℃，时间条件为2～4h；
14、上述制备方法得到的聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶。
15、上述聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶应用在吸附去除污染废水中pb、cu、cd离子。
16、本专利技术的有益效果：1)通过本方法制备的新型壳聚糖基水凝胶具备绿色可持续性，用于废水修复时对环境造成的扰动小。制备复合材料的原始材料丙烯酸、壳聚糖、羧化氧化石墨烯具备优异的吸附性；丙烯酸、壳聚糖制备双网络水凝胶具备三维双网络结构，亲水性基团羧基、氨基、羟基使复合材料具备优异的吸水溶胀性能，为吸附提供空间；羧化氧化石墨烯充当交联剂骨架支撑增加水凝胶的力学强度与交联密度。
17、2)采用本专利技术的制备方法，通过技术参数的特定选择与配合制得的氧化石墨烯作为交联剂的聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨复合水凝胶，冷冻干燥后的显示出网络装结构，水可以通过毛细管作用进入内部，具有大量的小体积孔隙，较大孔隙的内部和边缘也有更多的褶皱和缝隙，有利于重金属离子的吸附，连续排列的网状蜂窝结构有利于分散和承受外部压力；
18、通过本专利技术的制备方法得到对pb(ⅱ)、cu(ⅱ)、cd(ⅱ)等重金属离子具有优异吸附性，同时兼具优异溶胀度与机械强度的聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶；
19、羧化氧化石墨烯、丙烯酸中的羧基增强了壳聚糖在酸性条件下的耐酸性和吸附性，复合材料在酸性条件下受到质子化的影响小，在ph＝1的条件下对pb(ⅱ)仍具备162.94mg/g的吸附容量，高于目前许多生物质水凝胶。
20、3)通过羧化氧化石墨烯替代传统材料中的氧化石墨烯降低复合材料制备的难度。羧化氧化石墨烯由于丰富的羧基具有优异的亲水性与分散性，相较于氧化石墨烯，在制备过程中可以减少絮凝沉淀的几率，保证材料的均匀性，从而在相对简单制备方式和较短的时间内获得更加均匀分散的复合材料，简化了制备过程。
21、4)通过本专利技术的制备方法制得的吸附材料在温度为25-45摄氏度条件下均具备较高的吸附效果，可以适用于各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在S1中，将所述壳聚糖粉末加入所述乙酸溶液，依次经过搅拌和超声处理后，得到所述壳聚糖溶液，其中，搅拌的速度条件大于150rpm，时间条件大于5min，超声处理的时间条件大于5min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在S1中，所述乙酸溶液的浓度为2～8％(v/v)，所述壳聚糖溶液的浓度为2～4％。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述羧化氧化石墨烯溶液的浓度为200～500mg/L。
5.根据权利要求4所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在S2中，所述羧化氧化石墨烯溶液的制备方法为：将羧化氧化石墨烯置于去离子水中搅拌并超声至溶液呈透明制得，其中，超声过程为在冰浴条件下进行。
6.根据权利要求1所述的
7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在S3中，以体积比为计，所述壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液：所述过硫酸铵：所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺＝1:2～3:2.5～3.5，所述壳聚糖/羧化氧化石墨烯共混溶液：所述丙烯酸溶液＝1:7.5～12。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在S4中，烘干的温度条件为60～70℃，时间条件为2～4h。
9.如权利要求1-8任一项所述制备方法得到的聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶。
10.权利要求9所述的聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶应用在吸附去除污染废水中Pb、Cu、Cd离子。
...【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在s1中，将所述壳聚糖粉末加入所述乙酸溶液，依次经过搅拌和超声处理后，得到所述壳聚糖溶液，其中，搅拌的速度条件大于150rpm，时间条件大于5min，超声处理的时间条件大于5min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在s1中，所述乙酸溶液的浓度为2～8％(v/v)，所述壳聚糖溶液的浓度为2～4％。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述羧化氧化石墨烯溶液的浓度为200～500mg/l。
5.根据权利要求4所述的一种聚丙烯酸/壳聚糖/羧化氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，在s2中，所述羧化氧化石墨烯溶液的制备方法为：将羧化氧化石墨烯置于去离子水中搅拌并超声至溶液呈透明制得，其中，超声过程为...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙静宇，梁莉莉，潘欢迎，郑珍珍，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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