[发明专利]一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用，所述复合水凝胶由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠‑1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、生物炭吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。本发明提供的复合水凝胶所用介孔聚四苯基硼酸钠‑1/有机硅复合纳米颗粒的粒径分布均匀、内部孔道丰富，通过3‑巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅、协同阴离子骨架型介孔聚四苯基硼酸钠‑1及生物炭吸附剂，实现了对有机染料的高效吸附，通过三者的协同效应吸附亚甲基蓝效果高达714mg/g，因此可广泛应用于水体中亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿或罗丹明B等有机染料的高效降解。

技术领域

本发明涉及环保材料制备技术领域，尤其涉及一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水污染问题一直是我国环境污染问题的重中之重。工业废水中有机染料是一种占有比例相当高的污染物，如亚甲基蓝、甲基橙、孔雀石绿、罗丹明B等。这些染料多含有芳香环结构，具有较高的致癌性且不易分解。目前，对有机染料废水的一些常规处理方法主要有：混凝沉淀法、气浮法、吸附法等。其中，吸附法被认为是最简便、高效的方法。

吸附材料的选用方面，为了实现高效吸附，要求材料不仅要有较大的比表面积，还要有效地与客体分子作用的位点。目前使用较多的材料有纳米颗粒、金属有机框架、凝胶等。其中，水凝胶是一种环境友好、简单易得、可大量吸水保水的多功能材料，其被广泛地应用于工业、农业与医疗业中。然而，水凝胶的有机高分子网络中含有的可吸附位点不多，与客体分子作用能力有限，使得其在吸附污染物方面的能力不佳。另一方面，吸附材料对客体分子的吸附多为非共价键作用，如氢键作用、静电作用、п-п相互作用等。传统单一成分的吸附材料对与客体分子的作用形式单一、作用力小，导致其吸附量往往不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种环保用复合水凝胶及其制备方法和应用，通过3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性制得介孔有机硅、并协同阴离子骨架型介孔聚四苯基硼酸钠-1及生物炭吸附剂利用冷冻-解冻方法制得复合水凝胶，从而实现了对有机染料的高效吸附，通过三者的协同效应吸附亚甲基蓝效果可高达714mg/g，因此可广泛应用于水体中有机染料的吸附降解，具有较高的环境效应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种环保用复合水凝胶，由如下重量百分比的原料制备而成：高分子2～8％、介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒2～30％、吸附助剂5～40％和溶剂50～90％。

作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒由介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合而成。

作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的容重为80～400kg/m³，比表面积为1000～2500m²/g。

作为上述方案的进一步限定，所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

1)介孔聚四苯基硼酸钠-1的制备方法为：依次将四苯基硼钠、无水氯化铁溶于1，2-二氯乙烷中，室温搅拌均匀后加入二甲氧基甲烷，搅拌回流反应，待反应结束后冷却至室温后减压过滤，滤渣用甲醇洗涤3次，再用甲醇索氏提取24h后真空干燥即制得介孔聚四苯基硼酸钠-1；

2)介孔有机硅的制备方法为：以溴代十六烷基三甲胺为模板剂，双(三乙氧基硅基)乙烷为硅源在碱性条件下合成了乙基桥联，再利用3-巯丙基三甲氧基硅烷对乙基桥联进行巯基功能化改性，即制得所述介孔有机硅；

3)将上述介孔聚四苯基硼酸钠-1与巯基化乙基桥联介孔有机硅纳米颗粒按照质量比为1:2～8混合后，于40～60℃下搅拌反应2～4h，即制得所述介孔聚四苯基硼酸钠-1/有机硅复合纳米颗粒。