[发明专利]纤维素基复合气凝胶的制备及在污水处理中的应用

说明书

本发明提供纤维素基复合气凝胶，其是由三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯及丙烯酸正丁酯通过自由基反应得到的共聚物与纤维素交联复合，再经过循环冷冻干燥技术制备而成；或者聚物与纤维素交联后，使ZnO@蒙脱石@TiOsubgt;2/subgt;复合光催化材料附着在复合水凝胶上再循环冷冻干燥制备而成；本发明复合气凝胶耐损伤、耐化学腐蚀，且具有良好的力学性能，复合光催化材料负载在气凝胶上，促进了光催化降解效果，且可解析、再生，便于多次循环使用。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种纤维素基复合气凝胶的制备及在污水处理中的应用。

背景技术

伴随着人口的增加与工业化进程的加快，环境污染问题也越来越严重，其中水污染是人类面临的严重问题之一，废水中重金属离子的存在严重危害着生态系统，传统的处理方法有化学还原沉淀法、离子交换法、絮凝法、膜过滤法和吸附法等，其中吸附法被认为是最容易实现且操作成本最低的方法。近年来气凝胶作为去除废水中重金属离子的吸附剂受到人们的广泛关注，其轻质多孔、高吸附量、高比表面积的特性使其在处理重金属离子污染方面的应用价值越来越高。

纤维素是自然界中储量最为丰富的一种天然高分子材料。作为继无机气凝胶和合成聚合物气凝胶之后的第三代气凝胶，纤维素气凝胶材料兼具了纤维素绿色可再生的优点和气凝胶材料多孔的结构特性，其具有的良好生物相容性以及可降解性使其在生物、医药、环境等学科均有很大的应用发展前景，但是单纯的纤维素气凝胶在高腐蚀性的废水中可能由于废水的腐蚀性而不能很好的发挥其独特的性能，而一些合成气凝胶在首次利用之后又因不能很好的恢复形状而不能重复利用。

同时废水、污水中会含有大量的难降解有机物，它们分子量大、毒性大、结构成分复杂，且长期残留、具有半挥发性，会诱发致癌、致畸、致突变效应，对人类具有严重的危害。利用光催化剂去除废水、污水中的有机污染物绿色环保、环境友好，其中氧化钛是最常用的一种光催化剂，但是其使用后难分离、回收，如何在不影响其催化活性的情况下解决这一问题，或者促进其催化活性是人们一直在研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可高效降解污水中有机物并吸附去除重金属离子的纤维素基复合气凝胶。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纤维素基复合气凝胶，其制备方法包括以下步骤：

一、分别称取不同量的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸正丁酯，使其通过自由基反应得到共聚物，之后将纤维素添加到共聚物溶液中混合搅拌均匀，并加入交联剂使共聚物与纤维素发生交联，待充分交联之后，将得到的混合物用去离子水浸泡、洗涤，得到纤维素基复合水凝胶，备用；

二、将活化蒙脱石浸泡于纳米TiO₂溶液中，摇床振荡2～3小时，抽滤、烘干得负载的TiO₂的蒙脱石，之后将负载TiO₂的蒙脱石再次浸泡于ZnO的前驱体溶液中，并于高压反应釜中进行水热反应，之后用去离子水洗涤2～3次，60℃干燥得到ZnO@蒙脱石@TiO₂复合光催化材料；

三、将步骤一制备的维素基复合水凝胶通过循环冷冻干燥技术直接得到纤维素基复合气凝胶；或者，将步骤二制备的复合光催化材料添加到步骤一的纤维素基复合水凝胶中，摇床振荡3～4小时，使复合光催化材料附着在纤维素基复合水凝胶上，过滤、去离子水洗涤，之后通过循环冷冻干燥技术得到负载复合光催化材料的纤维素基复合气凝胶。