[發明專利]合成摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑的方法

在審

• 申請號: 201710841121.2
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107552020A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 馬杰;孫怡然;歐恬;陳君紅
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明屬環境材料合成領域，具體涉及一種合成摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑的方法。

背景技術

水是生命之源，但是隨著現在工業的高速發展，水環境污染的形勢日益嚴峻，因此開發高效的水處理技術尤為重要，在常用的水處理技術當中，吸附劑因其低成本、高效率、易于操作、選擇性強等優勢得到了越來越多的關注。但是常規的吸附劑材料如活性炭等對于污染物吸附效率較低，并且難以進行分離回收再生。因此，開發高效的吸附劑材料對于吸附技術的發展尤為關鍵。

海藻酸鈉是從天然海藻中提取的一種線性多糖，由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸連接組成，無毒無害，具有良好的生物相容性，且海藻酸鈉易于形成凝膠，這對于吸附劑的分離回收具有非常大的優勢。聚乙烯醇是一種無色無毒、可生物降解的高分子聚合物，兩者均可以通過物理或化學的方法形成凝膠球，但是海藻酸鈉凝膠球易破碎、機械性能差，聚乙烯醇則易粘連，且兩者的吸附性能較弱。

碳納米材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的結構型碳材料。主要包含富勒烯、碳納米管、石墨烯量子點、石墨烯、納米介孔碳等，碳納米材料具有穩定性好、強度高、比表面積高等優勢，并且碳納米材料易于進行修飾氧化，其對于水中污染物(如抗生素、染料、重金屬)具有良好的吸附性能，但是碳納米材料具有的生物毒性對環境的危害很大，由于碳納米材料多呈粉末狀，應用于吸附劑時難以進行回收。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種合成摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑的方法。

本發明中，將碳納米材料采用超聲的方法均勻分散在海藻酸鈉和聚乙烯醇的混合水分散體系中，接下來滴入化學交聯劑中形成復合微球；簡單快速高效地合成摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑。本發明將碳納米材料摻雜在凝膠球體系中，可以提高吸附效機械性能強，并有利于分離回收。

為實現以上目的，本發明提供了如下技術方案：

一種摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑的方法，包括如下步驟：

(1)將一定質量的碳納米材料粉末加入去離子水中，攪拌后，置于超聲儀器中進行超聲分散，制得碳納米材料水分散體系；

(2)將適量的聚乙烯醇加入少量去離子水中，并置于熱水浴中進行加熱，間隔一定時間用玻璃棒進行攪拌，當聚乙烯醇完全溶解后取出，靜置至恢復至常溫；

(3)將適量的海藻酸鈉粉末和步驟(2)中溶解好的聚乙烯醇加入到步驟(1)制備的碳納米材料水分散體系中，得到混合分散體系，采用機械攪拌或磁力攪拌的方式使所述混合分散體系攪拌均勻；

(4)將適量的硼酸和氯化鈣在水中溶解，并調節pH至中性，制備硼酸-氯化鈣混合溶液；

(5)將步驟(3)所得的混合分散體系采用蠕動泵逐滴加入到硼酸-氯化鈣混合溶液中，即時形成凝膠球，將所述凝膠球繼續置于步驟(4)制備的硼酸-氯化鈣混合溶液中靜置4小時，得到摻雜碳納米材料的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球吸附劑。

進一步，所述碳納米材料為氧化石墨烯、氧化碳納米管、石墨烯量子點中的一種或多種。

本發明中，所采用的碳納米材料的添加量可以根據碳納米材料的種類而定。參考標準為:隨著碳納米材料添加量的增加，其機械性能先升后降，其吸附性能不斷增加。以氧化石墨烯為例，當氧化石墨烯與海藻酸鈉的質量比為1:5，其成球的機械性能和吸附效果均較佳。

進一步，所述碳納米材料為氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的添加質量不超過海藻酸鈉添加質量的0.5倍。

進一步，所述氧化石墨烯的添加質量為海藻酸鈉添加質量的0.5倍。

本發明中，所采用的聚乙烯醇和海藻酸鈉的溶度及比例也均可調節。參考標準為：當聚乙烯醇的含量增加時，凝膠球的粘結性增加，但是成球容易拖尾；當海藻酸鈉的含量增加時，成球效果好，但是凝膠球質脆；以摻雜氧化石墨烯的聚乙烯醇/海藻酸鈉凝膠球為例，當聚乙烯醇和海藻酸鈉的質量比為2：5時，總濃度為4％時，其成球的機械性能和吸附效果均較佳。

進一步，所述聚乙烯醇的添加質量為海藻酸鈉添加質量的0.4倍。

進一步，步驟(2)中的聚乙烯醇熱水浴的溫度為50℃—90℃。

進一步，步驟(4)中的硼酸的濃度為3％—5％(以質量計)，氯化鈣的濃度為1％—5％(以質量計)。

進一步，步驟(5)中蠕動泵的流量為20-50mL/min。

本發明的有益效果在于：