[发明专利]一种具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备与应用

说明书

本发明属于功能材料技术领域，公开了一种具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备与应用。所述具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备方法包括以下步骤：将木质素磺酸钠固体粉末、木质素磺酸胺固体粉末加入到氧化石墨烯水溶液中混合均匀得到分散液，随后加入丙烯酰胺和N‑羟甲基丙烯酰胺以及H₂O₂和CaCl₂的引发体系，混匀后将混合溶液转移到玻璃试管中，通入氮气在室温下静置反应即得。本发明制备工艺简单，操作方便。此外，采用低成本的木质素磺酸钠及木质素磺酸胺为原料，有效实现生物质的高值化利用。本发明制得的具有高吸附能力的生物质基水凝胶能够有效吸附电池工业废水中重金属离子及印染工业中的有机染料，起到净化污水的作用。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备与应用。

背景技术

近年来，随着纺织印染、造纸、塑料制造、皮革、金属加工及电池制造行业的迅速发展，每年都会排放出大量的含有重金属离子及各种有机染料的污水。这些污水严重危害着水中的动植物及人类的健康。在现有的污水处理方法中，吸附法凭借其操作工艺简单、成本低廉，设备要求低等诸多优点，被广泛用于上述污水的吸附处理中。现今常用的吸附材料主要包括活性炭、粉煤灰、沸石、木屑、木质素、壳聚糖、矿物黏土类硅藻土、聚苯乙烯基树脂、硅胶基树脂等。尤其是以生物质为原料开发出的一系列吸附材料，凭借其低沉本，可降解且来源广泛等特点，成为吸附材料中的新宠。

提高吸附材料的吸附能力，是现阶段面临的一个技术难题。因此，开发出一种具有高吸附能力，净化污水的材料具有重要的意义。

发明内容

为了解决以上现有技术及材料存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的具有高吸附能力的生物质基水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述具有高吸附能力的生物质基水凝胶作为有机染料及重金属离子吸附材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有高吸附能力的生物质基水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将木质素磺酸钠和木质素磺酸胺加入到氧化石墨烯水溶液中，高速搅拌，得到混合均匀的木质素磺酸钠、木质素磺酸胺和氧化石墨烯分散液，随后加入一定量的丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺，加入少量H₂O₂和CaCl₂为引发体系，高速搅拌得到均一的混合溶液，随后将上述混合溶液转移到反应容器中，通入一定量的惰性气体在室温下静置反应一段时间，得到木质素磺酸钠/木质素磺酸胺/氧化石墨烯复合水凝胶(即所述具有高吸附能力的生物质基水凝胶)。将水凝胶取出，放置到水中，浸泡，去除未参加反应的物质，可得到纯净的水凝胶。

优选地，所述氧化石墨烯水溶液通过改进的Humans方法制备，具体步骤如下：取50mL浓H₂SO₄缓慢加入到洁净干燥的烧杯中，依次添加1g石墨粉和0.5g NaNO₃，将上述混合物在0℃下缓慢搅拌30min，随后缓慢加入KMnO₄粉末，将体系转移到45℃油浴锅中，搅拌反应55min，反应结束后加入去离子水，将油浴锅的温度提高到90℃下继续反应25min，反应结束后缓慢加入去离子水和H₂O₂；将得到的亮黄色产物离心沉淀并用大量的去离子水洗涤三次，除去多余的酸及KMnO₄等杂质；洗涤完成后将产物转移到去离子水中进行超声处理，确保制得的氧化石墨烯完全分散到去离子水中，随后转移到透析袋中进行透析处理，用于去除残留的金属离子；透析7天后进行高速离心(转速10000r/min)后取上清液即为氧化石墨烯水溶液。

优选地，所述的木质素磺酸钠的分子量为534.51。