[发明专利]纳米沸石强化黄原胶复合水凝胶功能微球的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域，具体涉及一种纳米沸石强化黄原胶-海藻酸钙复合凝胶功能微球的制备方法及其应用。

背景技术

天然多糖是指10个以上单糖通过糖苷键结合形成的聚合糖高分子碳水化合物。多糖分子亲水性良好且糖链结构复杂可调，可通过一定化学过程形成具有丰富弹性三维网络结构的凝胶微球，结构中丰富的羧基、羟基基团可用于重金属等典型污染物吸附、生物大分子定向固载，具有安全无毒、可降解等特点，在环境、医药、食品加工等领域具有广泛应用。

值得关注的是，多糖水凝胶微球直接实际应用于污染物净化过程存在下述三个瓶颈性问题：（1）水凝胶微球含水量高，易于破碎，不宜于实际操作、贮存和运输；（2）水凝胶微球直接干燥脱水后会产生不可逆的三维结构破坏，同时在水介质中易于溶胀，直接影响相应功能化行为。目前，基于多糖水凝胶网络结构形成有机-无机复合材料，以有效改善其物理化学稳定性，受到国内外学者广泛关注。阿根廷Universidad de Buenos Aires大学G.J.Copello等人题为“Removal of dyes from water using chitosan hydrogel/SiO₂and chitin hydrogel/SiO₂hybrid materials obtained by the sol–gel method”（溶胶-凝胶法制备壳聚糖水凝胶/二氧化硅和几丁质水凝胶/二氧化硅复合杂化材料及其对于水体中染料的去除）的研究论文发表于“Journal of Hazardous Materials”（危险材料杂志，2011年，186卷，页码：932-939）。需要指出的是，相应有机-无机复合材料采用溶胶-凝胶法引入无机二氧化硅需要使用正硅酸四乙酯原料，成本较高，所引入的无机二氧化硅多以无定形沉积，直接影响相应有机-无机复合材料的微观结构与传质过程。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米沸石强化黄原胶复合水凝胶功能微球的制备及应用，以改善水凝胶微球的机械强度、并提供高效协同吸附作用。

根据本发明的一方面，本发明提供一种纳米沸石强化黄原胶复合水凝胶功能微球的制备方法，该方法首次选择无模板剂低成本合成的纳米尺度沸石分子筛预混入黄原胶-海藻酸钠二元天然多糖水溶液中，以制备纳米沸石分子筛强化的有机-无机复合水凝胶功能微球。相应纳米沸石具有明确的协同重金属吸附行为，同时相应黄原胶-海藻酸钠二元多糖交联基质具有更丰富的微观三维网络结构，使均匀分布的纳米沸石的微观孔道及其表面羟基与多糖分子特征官能团（如羟基、羧基等）间定向相互作用（氢键、范德华力等）。所制备微球吸附去除模拟核电站循环冷却系统废水中钴离子和镍离子等，效果满意。

本发明所述微球的制备方法，包括以下步骤：

第一步，先采用无模板剂法水热合成具有有序骨架结构的纳米沸石粉体；

优选地，所述的有序骨架结构指国际分子筛协会定义的LTA型和FAU型沸石。

优选地，纳米沸石粉体的无模板剂水热合成制备具体为：

(1)分别称取铝酸钠和氢氧化钠，溶解于去离子水中，放入磁力搅拌子，在800-1000rpm的搅拌下滴加入氨型硅溶胶，转移入反应釜中并封口。保持400-800rpm的磁力搅拌2-3h后，将反应釜转移入提前预热的鼓风干燥箱中，以进行水热合成反应。

(2)反应完成后，将反应釜从鼓风干燥箱中取出，使之自然降温至室温，打开反应釜，将产物抽滤，用去离子水充分洗涤直至滤出液中性为止，置于鼓风干燥箱中于80-90℃烘干24-48h去除水分，后磨碎过50-200目筛，即得纳米沸石粉末。

优选地，对于制备LTA型沸石，所述制备原料摩尔比为Na₂O:Al₂O₃:SiO₂:水=6.0:(2.5-5.0):(1.0-1.5):128，反应温度为60-80℃，反应时间为6-8h。

优选地，对于制备FAU型沸石，所述制备原料摩尔比为Na₂O:Al₂O₃:SiO₂:水=3.5:(1.0-2.0):(2.5-3.0):150，反应温度为70-130℃，反应时间为12-24h。