[发明专利]一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用

说明书

本发明涉及污水处理技术领域，为解决现有的水凝胶大多只能处理单一污染物，效率低、应用范围小的问题，本发明提出了一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用，以β‑环糊精为原料，利用对甲苯磺酰氯对其进行选择性磺酰化得到对甲苯磺酰基‑β‑环糊精，再经硫脲取代得到巯基接枝β‑环糊精，经过悬浮乳液聚合法制得新型双功能聚合物水凝胶。本发明所制备的水凝胶可应用于苯酚与重金属离子共存的复杂污水体系。可以高效同步吸附苯酚与重金属离子两类污染物，应用范围广、吸附效率高。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种同步识别吸附污水体系中分子/离子污染物的改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用。

背景技术

随着工业化、城市化的发展，工业及生活废水的大量排放造成了严重的水体污染，直接威胁到动植物的生长以及人类的身体健康与生存环境，污水治理得到空前重视。有机污染物与重金属离子是污水中最重要的成分，目前处理此类污染物的方法有膜分离法、吸附法、化学法、生物法等，上述方法大多仅针对单一污染物，且成本高、效率低、耗时长。因此，高效的污水处理技术成为当前的关注热点，特别是处理多污染物共存的复杂污水体系是目前研发的前沿。其中，同时含苯酚和重金属离子的污水是较常见的复杂污水体系，对于处理含酚及重金属离子废水，吸附仍然是主流技术之一，关键是吸附材料的选择。水凝胶具有良好的水渗透性、吸附性、生物相容性及降解性，能够同时感知和响应环境变化的刺激，是一种良好的环境友好型吸附材料。

目前已有许多专利涉及水凝胶材料吸附污染物的研究。例如，专利号为CN103877953A的专利公开了一种利用聚乙烯醇、壳聚糖、羧甲基纤维素钠、氧化石墨烯、海藻酸钠制得的用于吸附重金属离子的水凝胶。专利号为CN104941584B的专利公开了一种SiO₂/C复合材料吸附重金属离子，其制备方法为：(1)淀粉均匀凝胶分散体系的制备。(2)淀粉/二氧化硅复合材料的制备。(3)SiO₂/C复合材料的制备。由此可见，现有的水凝胶大多只能处理单一污染物，效率低、应用范围小。因此，开展高效同步吸附多种污染物的新型水凝胶研究极有必要。

发明内容

为解决现有的水凝胶大多只能处理单一污染物，效率低、应用范围小的问题，本发明提出了一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法与应用，可以高效同步吸附苯酚与重金属离子两类污染物，应用范围广、吸附效率高。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种改性环糊精聚合物水凝胶的制备方法为以下步骤：

(1)将β-环糊精与对甲苯磺酰氯在氢氧化钠溶液A混合，0～5℃水浴搅拌反应3～5h，结束后减压抽滤，调节滤液pH至6.0～8.0，0～5℃结晶8～12h，减压抽滤，去离子水重结晶后40～50℃真空干燥，得到中间体对甲苯磺酰基-B-环糊精；

采用β-环糊精为原料，β-环糊精是多糖化合物，具有良好的生物降解性、应用范围广、生产成本低等优点。

所述的β-环糊精与对甲苯磺酰氯的摩尔比为1∶3～1∶6。

所述氢氧化钠溶液A的摩尔浓度为为0.3～0.5mol/L。氢氧化钠溶液作为溶剂，使用量为使溶质溶解的量。氢氧化钠溶液A浓度过高或过低都会使产率降低。

(2)将对甲苯磺酰基-β-环糊精与硫脲在乙醇水溶液混合，60～70℃回流反应24～48h，收集液旋转蒸发得到固体，加入氢氧化钠溶液B，50～60℃回流反应3～5h，调节滤液pH至2.0～3.0，去离子水重结晶后40～50℃真空干燥，得到巯基接枝β-环糊精单体；

所述对甲苯磺酰基-β-环糊精与硫脲的质量比为1∶1～2。

所述乙醇水溶液的质量浓度为80％～95％。乙醇溶液作为溶剂，使用量为使溶质溶解的量。

氢氧化钠溶液B的质量浓度为10～20％。使用量为使溶质溶解的量，氢氧化钠溶液B的使用是为了制造碱性环境。