[发明专利]一种壳聚糖-聚乙烯醇接枝硅藻土复合材料的制备及应用

说明书

本发明涉及硅藻土技术领域，且公开了一种壳聚糖‑聚乙烯醇接枝硅藻土复合吸附材料，复合材料对水中的磷以及海藻具有更高的吸附性，经过改性后的复合材料具有更高的比表面积，与水中磷的接触面积更高，硅藻土与壳聚糖之间能够形成更大的网状结构，而且壳聚糖具有的大量的氨基也会对磷进行吸附，同时，壳聚糖具有的大量游离氨基，会使得复合材料表面带大量正电荷，并借助复合材料间形成的架桥作用絮凝藻细胞，显著增加了复合材料对藻细胞的吸附能力，通过接枝聚乙烯醇，使得复合材料具有更高的亲水性，从而进一步提升复合材料的吸附效果。

技术领域

本发明涉及硅藻土技术领域，具体为一种壳聚糖-聚乙烯醇接枝硅藻土复合材料的制备及应用。

背景技术

由于日益增加的人为活动影响，许多湖泊都遭受水质富营养化问题的困扰，并对当地的社会经济发展产生了负面影响，水体的营养化污染会造成水华的爆发，因此治理水体的富营养化即对水华进行控制，磷是湖泊生态系统的主要限制养分，由于农业肥料和其他的人为活动而引入湖泊的过量磷是藻类大量繁殖的原因，也是造成湖泊富营养化的主要因素，在治理湖泊营养化的过程中，由于化学方法对环境造成危害，生物方法的应用限制多，因此，物理方法是解决富营养化的重要方向，吸附是从水中去除磷和海藻的有效方法，通过吸附剂吸附的磷可以有效地螯合，使其无法用于植物生长，因此被广泛用于湖泊修复中。

硅藻土，又称硅藻泥，主要成分是SiO₂，是一种耐用、极轻的矿物材料，具有比表面积大，孔隙率高，吸附性好，成本低等特点，它主要由硅藻的骨骼化石组成，硅藻曾经是海洋的浮游生物和藻类，在硅藻土表面发现了游离的羟基，硅藻土由于其独特的理化性能，已作为各种液体的过滤介质投入到工业应用中，在对其进行了一系列实验室规模的实验中发现，以硅藻土作为吸附剂去除废水中的污染物具有巨大的潜力，但传统的矿物类吸附剂对藻类的吸附能力不足，单独使用时，投入量大，且只适合在高盐度的水体中使用，对淡水中的海藻的吸附效果不理想，同时，硅藻土只吸附藻类细胞，对营养元素磷的作用并不明显，故不能作为长期使用的吸附剂使用，而壳聚糖作为生物吸附剂近几十年来引起了人们的广泛关注，与合成聚合物吸附剂相比，壳聚糖具有生物相容性，生物降解性和无毒性等优势，由于其结构包含许多可以与磷元素螯合的胺和羟基，因此，壳聚糖是磷的极佳吸附剂，通过将硅藻土与壳聚糖发生协同作用，能够明显提升对磷与海藻的吸附能力。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种壳聚糖-聚乙烯醇接枝硅藻土复合材料的制备及应用，解决了纯硅藻土对水中磷与海藻吸附能力差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种壳聚糖-聚乙烯醇接枝硅藻土复合吸附材料，所述碳纳米管-聚乙二醇接枝壳聚糖膜复合材料的制法包括以下步骤：

(1)将壳聚糖超声分散在去离子水中，加入过硫酸钾后，再加入醋酸乙烯酯和链转移剂甲醇，进行改性反应，待反应结束，使用乙醇洗涤，再使用去离子水洗涤，干燥，之后将苯作为萃取剂经索氏提取，烘干，得到聚醋酸乙烯酯接枝壳聚糖；

(2)将聚醋酸乙烯酯接枝壳聚糖添加到质量浓度为3-8％的氢氧化钠的甲醇溶液中，回流进行醇解反应，待反应结束后，抽滤洗涤干燥，得到聚乙烯醇接枝壳聚糖；

(3)将硅藻土放置在氢氧化钠溶液中，进行改性反应，其中，硅藻土和氢氧化钠之间的质量比为10:2-4，反应的温度为90-120℃，反应的时间为1-3h，待反应结束后，过滤并洗涤至中性，得到多孔硅藻土；

(4)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷，去离子水，乙醇放入烧杯中，搅拌均匀后，使用甲酸调节pH至3-4，然后加入多孔硅藻土，超声分散均匀后进行氨基化反应，待反应结束后洗涤，得到氨基化硅藻土；

(5)将氨基化硅藻土转移至四氢呋喃溶剂中，再加入苯偏三酸酐后，搅拌均匀，进行羧基化反应，得到羧基化硅藻土；