本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠的制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著紡織印染、造紙、塑料制造、皮革、金屬加工及電池制造行業(yè)的迅速發(fā)展，每年都會(huì)排放出大量的含有重金屬離子及各種有機(jī)染料的污水。這些污水嚴(yán)重危害著水中的動(dòng)植物及人類的健康。在現(xiàn)有的污水處理方法中，吸附法憑借其操作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，設(shè)備要求低等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于上述污水的吸附處理中?，F(xiàn)今常用的吸附材料主要包括活性炭、粉煤灰、沸石、木屑、木質(zhì)素、殼聚糖、礦物黏土類硅藻土、聚苯乙烯基樹脂、硅膠基樹脂等。尤其是以生物質(zhì)為原料開發(fā)出的一系列吸附材料，憑借其低沉本，可降解且來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，成為吸附材料中的新寵。

提高吸附材料的吸附能力，是現(xiàn)階段面臨的一個(gè)技術(shù)難題。因此，開發(fā)出一種具有高吸附能力，凈化污水的材料具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)及材料存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制得的具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠作為有機(jī)染料及重金屬離子吸附材料的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠的制備方法，包括以下步驟：將木質(zhì)素磺酸鈉和木質(zhì)素磺酸胺加入到氧化石墨烯水溶液中，高速攪拌，得到混合均勻的木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸胺和氧化石墨烯分散液，隨后加入一定量的丙烯酰胺和N-羥甲基丙烯酰胺，加入少量H₂O₂和CaCl₂為引發(fā)體系，高速攪拌得到均一的混合溶液，隨后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)容器中，通入一定量的惰性氣體在室溫下靜置反應(yīng)一段時(shí)間，得到木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠(即所述具有高吸附能力的生物質(zhì)基水凝膠)。將水凝膠取出，放置到水中，浸泡，去除未參加反應(yīng)的物質(zhì)，可得到純凈的水凝膠。

優(yōu)選地，所述氧化石墨烯水溶液通過(guò)改進(jìn)的Humans方法制備，具體步驟如下：取50mL濃H₂SO₄緩慢加入到潔凈干燥的燒杯中，依次添加1g石墨粉和0.5g NaNO₃，將上述混合物在0℃下緩慢攪拌30min，隨后緩慢加入KMnO₄粉末，將體系轉(zhuǎn)移到45℃油浴鍋中，攪拌反應(yīng)55min，反應(yīng)結(jié)束后加入去離子水，將油浴鍋的溫度提高到90℃下繼續(xù)反應(yīng)25min，反應(yīng)結(jié)束后緩慢加入去離子水和H₂O₂；將得到的亮黃色產(chǎn)物離心沉淀并用大量的去離子水洗滌三次，除去多余的酸及KMnO₄等雜質(zhì)；洗滌完成后將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到去離子水中進(jìn)行超聲處理，確保制得的氧化石墨烯完全分散到去離子水中，隨后轉(zhuǎn)移到透析袋中進(jìn)行透析處理，用于去除殘留的金屬離子；透析7天后進(jìn)行高速離心(轉(zhuǎn)速10000r/min)后取上清液即為氧化石墨烯水溶液。

優(yōu)選地，所述的木質(zhì)素磺酸鈉的分子量為534.51。

優(yōu)選地，所述木質(zhì)素磺酸胺采用以下方法制得：取0.5g木質(zhì)素磺酸鈉加入到200mL錐形瓶中，隨后加入0.05g Fe₂SO₄和5mL H₂O₂(濃度為30％)，攪拌20min(轉(zhuǎn)速300r/min)后加入5g丙烯酰胺，在55℃下反應(yīng)1h，制得木質(zhì)素磺酸胺。所述的木質(zhì)素磺酸胺其氮含量為6.5％。

優(yōu)選地，所述木質(zhì)素磺酸鈉與木質(zhì)素磺酸胺的質(zhì)量比為(5～20)：1，更優(yōu)選為10:1。

優(yōu)選地，所述的木質(zhì)素磺酸鈉與氧化石墨烯水溶液中所含氧化石墨烯的質(zhì)量比為(10～25):1；更優(yōu)選為20：1。

優(yōu)選地，所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為1000～2000r/min。

優(yōu)選地，所述丙烯酰胺加入量與木質(zhì)素磺酸鈉的質(zhì)量比為0.5～2.0：1，更優(yōu)選為1:1。

優(yōu)選地，所述N-羥甲基丙烯酰胺加入量為木質(zhì)素磺酸鈉的質(zhì)量的5～15％。

優(yōu)選地，室溫反應(yīng)的時(shí)間為1～3h。本發(fā)明所述的室溫是指20～30℃。

優(yōu)選地，提純時(shí)在水中浸泡的時(shí)間為24～48h。

上述木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠作為電池制造工業(yè)及印染工業(yè)廢水吸附劑在去除電鍍工業(yè)廢水中重金屬離子及印染工業(yè)廢水中有機(jī)染料中的應(yīng)用。

上述污水處理過(guò)程優(yōu)選為：將木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠放入到含有重金屬離子電鍍工業(yè)廢水中，室溫下進(jìn)行靜置處理，可以有效降低電池制造工業(yè)及印染工業(yè)中重金屬離子及有機(jī)染料的含量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便。

(2)此外，采用低成本的木質(zhì)素磺酸鈉及木質(zhì)素磺酸胺為原料，有效實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高值化利用。

(3)本發(fā)明制得木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠能夠有效吸附電池工業(yè)廢水中重金屬離子及印染工業(yè)中的有機(jī)染料，起到凈化污水的作用。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制得的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠處理電池工業(yè)廢水及印染工業(yè)廢水的效果。

圖2為實(shí)施例2制得的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠處理電池工業(yè)廢水及印染工業(yè)廢水的效果。

圖3為實(shí)施例3制得的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠處理電池工業(yè)廢水及印染工業(yè)廢水的效果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

將木質(zhì)素磺酸鈉固體粉末0.5g、木質(zhì)素磺酸胺固體粉末0.1g加入到氧化石墨烯水溶液中(含氧化石墨烯0.05g)，高速攪拌，轉(zhuǎn)速為1000r/min，得到混合均勻的木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸胺和氧化石墨烯分散液，隨后加入0.25g丙烯酰胺和0.025g N-羥甲基丙烯酰胺，加入60μL H₂O₂(含量為30％)和0.4g CaCl₂為引發(fā)體系，再次高速攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移到玻璃試管中，通入一定量的氮?dú)庠谑覝叵蚂o置1h，得到木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。隨后將水凝膠取出，放置到去離子水中，浸泡24h，去除未參加反應(yīng)的物質(zhì)，得到純凈的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。

實(shí)施例2

將木質(zhì)素磺酸鈉固體粉末0.5g、木質(zhì)素磺酸胺固體粉末0.05g加入到氧化石墨烯水溶液中(含氧化石墨烯0.025g)，高速攪拌，轉(zhuǎn)速為1500r/min，得到混合均勻的木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸胺和氧化石墨烯分散液，隨后加入0.5g丙烯酰胺和0.05g N-羥甲基丙烯酰胺，加入65μL H₂O₂(含量為30％)和0.5g CaCl₂為引發(fā)體系，再次高速攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移到玻璃試管中，通入一定量的氮?dú)庠谑覝叵蚂o置2h，得到木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。隨后將水凝膠取出，放置到去離子水中，浸泡36h，去除未參加反應(yīng)的物質(zhì)，得到純凈的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。

實(shí)施例3

將木質(zhì)素磺酸鈉固體粉末0.5g、木質(zhì)素磺酸胺固體粉末0.025g加入到氧化石墨烯水溶液中(含氧化石墨烯0.02g)，高速攪拌，轉(zhuǎn)速為2000r/min，得到混合均勻的木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸胺和氧化石墨烯分散液，隨后加入1.0g丙烯酰胺和0.075g N-羥甲基丙烯酰胺，加入70μL H₂O₂(含量為30％)和0.6g CaCl₂為引發(fā)體系，再次高速攪拌混合均勻，轉(zhuǎn)移到玻璃試管中，通入一定量的氮?dú)庠谑覝叵蚂o置3h，得到木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。隨后將水凝膠取出，放置到去離子水中，浸泡48h，去除未參加反應(yīng)的物質(zhì)，得到純凈的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠。

應(yīng)用測(cè)試：

對(duì)上述實(shí)施例1～3制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠處理電池工業(yè)廢水及印染工業(yè)廢水的效果分別進(jìn)行檢測(cè)，具體測(cè)試步驟如下：

分別取上述制備好的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠0.5g，加入到500mL含有重金屬離子的電池工業(yè)及印染工業(yè)廢水中，調(diào)節(jié)溶液的pH＝7，室溫條件靜止吸附處理。每次間隔5分鐘測(cè)定廢水重金屬離子及有機(jī)染料的濃度變化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程借助原子放射光譜法測(cè)定吸附前后電池工業(yè)廢水中重金屬離子(Pb²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺)濃度的變化，采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定印染工業(yè)廢水中有機(jī)染料濃度的變化。根據(jù)吸附前后重金屬離子及有機(jī)染料的濃度變化，計(jì)算吸附量。結(jié)果如圖1～3所示。

由圖1～3吸附結(jié)果可以看出，通過(guò)本發(fā)明制備的木質(zhì)素磺酸鈉/木質(zhì)素磺酸胺/氧化石墨烯復(fù)合水凝膠對(duì)電池工業(yè)廢水中的重金屬離子及印染工業(yè)的有機(jī)染料，具有優(yōu)良的吸附效果，可以有效凈化工業(yè)廢水。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。