[發(fā)明專利]納米沸石強化黃原膠復合水凝膠功能微球的制備及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410090440.0
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103894121A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐芳;張聞中;王德舉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C02F1/28
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明屬于納米功能材料技術領域，具體涉及一種納米沸石強化黃原膠-海藻酸鈣復合凝膠功能微球的制備方法及其應用。

背景技術

天然多糖是指10個以上單糖通過糖苷鍵結合形成的聚合糖高分子碳水化合物。多糖分子親水性良好且糖鏈結構復雜可調，可通過一定化學過程形成具有豐富彈性三維網(wǎng)絡結構的凝膠微球，結構中豐富的羧基、羥基基團可用于重金屬等典型污染物吸附、生物大分子定向固載，具有安全無毒、可降解等特點，在環(huán)境、醫(yī)藥、食品加工等領域具有廣泛應用。

值得關注的是，多糖水凝膠微球直接實際應用于污染物凈化過程存在下述三個瓶頸性問題：（1）水凝膠微球含水量高，易于破碎，不宜于實際操作、貯存和運輸；（2）水凝膠微球直接干燥脫水后會產(chǎn)生不可逆的三維結構破壞，同時在水介質中易于溶脹，直接影響相應功能化行為。目前，基于多糖水凝膠網(wǎng)絡結構形成有機-無機復合材料，以有效改善其物理化學穩(wěn)定性，受到國內外學者廣泛關注。阿根廷Universidad?de?Buenos?Aires大學G.J.Copello等人題為“Removal?of?dyes?from?water?using?chitosan?hydrogel/SiO₂and?chitin?hydrogel/SiO₂hybrid?materials?obtained?by?the?sol–gel?method”（溶膠-凝膠法制備殼聚糖水凝膠/二氧化硅和幾丁質水凝膠/二氧化硅復合雜化材料及其對于水體中染料的去除）的研究論文發(fā)表于“Journal?of?Hazardous?Materials”（危險材料雜志，2011年，186卷，頁碼：932-939）。需要指出的是，相應有機-無機復合材料采用溶膠-凝膠法引入無機二氧化硅需要使用正硅酸四乙酯原料，成本較高，所引入的無機二氧化硅多以無定形沉積，直接影響相應有機-無機復合材料的微觀結構與傳質過程。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種納米沸石強化黃原膠復合水凝膠功能微球的制備及應用，以改善水凝膠微球的機械強度、并提供高效協(xié)同吸附作用。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種納米沸石強化黃原膠復合水凝膠功能微球的制備方法，該方法首次選擇無模板劑低成本合成的納米尺度沸石分子篩預混入黃原膠-海藻酸鈉二元天然多糖水溶液中，以制備納米沸石分子篩強化的有機-無機復合水凝膠功能微球。相應納米沸石具有明確的協(xié)同重金屬吸附行為，同時相應黃原膠-海藻酸鈉二元多糖交聯(lián)基質具有更豐富的微觀三維網(wǎng)絡結構，使均勻分布的納米沸石的微觀孔道及其表面羥基與多糖分子特征官能團（如羥基、羧基等）間定向相互作用（氫鍵、范德華力等）。所制備微球吸附去除模擬核電站循環(huán)冷卻系統(tǒng)廢水中鈷離子和鎳離子等，效果滿意。

本發(fā)明所述微球的制備方法，包括以下步驟：

第一步，先采用無模板劑法水熱合成具有有序骨架結構的納米沸石粉體；

優(yōu)選地，所述的有序骨架結構指國際分子篩協(xié)會定義的LTA型和FAU型沸石。

優(yōu)選地，納米沸石粉體的無模板劑水熱合成制備具體為：

(1)分別稱取鋁酸鈉和氫氧化鈉，溶解于去離子水中，放入磁力攪拌子，在800-1000rpm的攪拌下滴加入氨型硅溶膠，轉移入反應釜中并封口。保持400-800rpm的磁力攪拌2-3h后，將反應釜轉移入提前預熱的鼓風干燥箱中，以進行水熱合成反應。

(2)反應完成后，將反應釜從鼓風干燥箱中取出，使之自然降溫至室溫，打開反應釜，將產(chǎn)物抽濾，用去離子水充分洗滌直至濾出液中性為止，置于鼓風干燥箱中于80-90℃烘干24-48h去除水分，后磨碎過50-200目篩，即得納米沸石粉末。

優(yōu)選地，對于制備LTA型沸石，所述制備原料摩爾比為Na₂O:Al₂O₃:SiO₂:水=6.0:(2.5-5.0):(1.0-1.5):128，反應溫度為60-80℃，反應時間為6-8h。

優(yōu)選地，對于制備FAU型沸石，所述制備原料摩爾比為Na₂O:Al₂O₃:SiO₂:水=3.5:(1.0-2.0):(2.5-3.0):150，反應溫度為70-130℃，反應時間為12-24h。