[发明专利]一种水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。该水凝胶通过将木质素磺酸钠、丙烯酰胺类单体、交联剂混合并溶于水得到第一混合物，之后向第一混合物中加入过氧化物得到第二混合物，之后向第二混合物中加入还原剂和阳离子单体混合制得。本发明还提出一种上述水凝胶的制备方法，包括步骤：S1、将木质素磺酸钠、丙烯酰胺类单体、交联剂混合并溶于水中得到第一混合物；S2、将过氧化物加入所述第一混合物中混合反应得到第二混合物；S3、向第二混合物中加入还原剂和阳离子单体混合得到水凝胶。本发明还包括上述水凝胶或上述制备方法制备得到的水凝胶在染料和/或重金属离子废水处理中的应用。该水凝胶吸水量大且对染料和重金属离子吸附能力强。

技术领域

本发明涉及功能性材料领域，尤其涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的快速发展产生了大量的重金属离子和有机染料废水并严重污染着我们赖以生存的水体、土地，给人类和生物圈带来极大危害。目前重金属离子和有机染料废水主要用化学法和物理化学法处理，其中以物理化学法中的吸附法比较广泛。吸附剂大多成本较高，处理过程复杂，有的还可能带来二次污染。因此制备一种优质、价廉、环境友好型的生物质吸附材料意义重大。

木质素属于芳香族高聚物，其在数量上仅次于纤维素，是第二大天然有机物。木质素是一种来源丰富、价格低廉且无毒性的可再生资源，工业木质素主要来源于制浆造纸工业的废水，对其进行回收、改性，既可有效解决造纸废水污染环境问题，又能带来明显的社会和经济效益。为使木质素能得到充分利用，国内外学者对其进行了大量研究工作，木质素改性手段也有了较大发展，木质素在水凝胶中的应用也受到研究者的关注。

水凝胶是在水中能溶胀但不能溶解、含有大量水分的三维网络聚合物。水凝胶内部存在大量的官能团，很容易吸附金属离子和染料离子，同时，水凝胶拥有良好的网络结构可以使其在水中够溶胀但不溶于水，吸附后的水凝胶极易与液相分离，能减轻后续的分离工作，因此，水凝胶作为新型的吸附剂在染料吸附方面引起人们的关注。将木质素引入到水凝胶中，可以提高水凝胶的强度。木质素本身具有一定的生物相容性，故它的加入不会影响水凝胶的生物相容性。由于木质素含有酚羟基和羧基等基团有助于凝胶对染料和金属离子的吸附，因此，以木质素为原料制备一种新型的木质素基水凝胶吸附剂，对重金属废水和染料废水处理等领域有较大现实意义。

然而现有报道中，木质素基水凝胶存在合成工艺复杂，吸水溶胀能力弱且吸附容量较低等问题。向育君(向育君.改性木质素磺酸钠水凝胶的制备与应用研究.湖南大学.2013)将木质素磺酸钠经过过氧化氢氧化和亚硫酸盐磺化改性后，得到改性木质素磺酸钠水凝胶，该合成工艺较复杂，且投加的化学药剂种类多，影响因素多，不易控制反应。此外，该水凝胶最大吸水溶胀能力为30.2g/g，吸水能力一般；李萌(李萌.阳离子型木质素基水凝胶的制备及其在废水处理中的应用.齐鲁工业大学.2016)在以有机木质素为原料，合成阳离子型木质素基凝胶(Lig-g-P(AM-co-DAC))，在pH＝1时，对Cr⁶⁺的吸附量不足8mg/g。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何获取吸水量大且对染料和重金属离子吸附能力强的水凝胶。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种水凝胶及其制备方法和应用。

本发明提出一种水凝胶，通过将木质素磺酸钠、丙烯酰胺类单体、交联剂混合并溶于水得到第一混合物，之后向所述第一混合物中加入过氧化物得到第二混合物，之后向所述第二混合物中加入还原剂和阳离子单体混合制得。

进一步地，所述木质素磺酸钠与所述丙烯酰胺类单体的质量比为1:(3～8)。

进一步地，所述交联剂的质量用量占所述丙烯酰胺类单体质量用量的1.5％～10.5％。

进一步地，所述过氧化物的质量用量占所述丙烯酰胺类单体质量用量的6.25％～20.625％。