[发明专利]一种可吸附重金属离子的生物质基水凝胶材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种可吸附重金属离子的生物质基水凝胶材料的制备方法，生物质基材料在去离子水溶液状态下，先后与加入的交联剂、羧基活化试剂和酰化催化剂进行反应，再经模具固化成型，制备出具有三维网络结构的生物质基水凝胶材料。本发明以可再生、可生物降解的生物质基材料为主体原料，具有来源广泛、成本低、环境友好等优势；具有三维网络结构，吸水性强，比表面积大，吸附位点多，吸附效率高。制备方法简单，步骤简便，可操作性强，易于产业化应用和推广。

技术领域

本发明涉及一种可吸附重金属离子的生物质基水凝胶材料的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

随着经济水平的提高和人类活动的频繁，工业、农业和采矿活动以及日常生活产生的污废水中重金属离子的含量逐渐增加。水体中的重金属离子超标具有极大的危害性，因为重金属离子毒性高，不可降解、易在地下水中积累，甚至会通过食物链造成生物积累，对生态环境和人体健康造成严重的威胁。目前，去除水体中重金属离子的方法主要有化学絮凝法、离子交换法、膜过滤法，电解法、吸附法等。综合重金属离子的去除能力、处理能耗、操作条件的敏感性以及处理后造成二次污染的可能性等，采用吸附剂处理的吸附法获得了更多的应用。然而，传统的吸附剂大多存在一定的局限性，如活性炭处理低浓度重金属废水时去除能力低，很难达到回用要求，且成本较高；纳米粒子吸附剂尺寸细小，后续固液分离困难，且对人体健康构成严重威胁；农业废弃物吸附剂吸附容量不稳定，且易造成水体中化学需氧量增加。近年来，水凝胶材料因富含大量官能团、大的比表面积和良好的吸附性能在水中重金属处理领域显示出广阔的应用前景。

水凝胶是一种通过物理或化学方法交联而成的三维网络聚合物，由于网络结构的存在和聚合物链的交联而具有吸水却不溶于水的特性。目前制备水凝胶的原材料种类较多，但大多采用石化原料聚合而成。（参考文献1，吴鹏 康成 王士凡，丙烯酸/丙烯酰胺/对苯乙烯磺酸钠三元共聚水凝胶吸附重金属离子的研究，离子交换与吸附，2020，36（04）：316-324；参考文献2，吕淑婷 石毅 陈永明，支化聚乙烯亚胺(PEI)阳离子水凝胶的制备及性能研究，昆明理工大学学报(自然科学版)，2020，45(03):18-23；参考文献3，顾沛文 刘旭王士凡，丙烯酸/丙烯酰胺/苯乙烯三元共聚水凝胶吸附重金属性能研究，塑料工业，2019,47(12):9-13，17。） 由于石油资源的不可再生性及人们对环境保护的愈加重视，对石化材料的需求依赖性将大幅下降，以天然的生物质基材料制备水凝胶越来越受到研究者的关注。因此，开发制备步骤简便，生产成本较低，处理效率高的环境友好型生物质基水凝胶材料，用于吸附水中的重金属离子，加强对环境的保护，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效快捷地制备可吸附重金属离子的生物质基水凝胶材料的工艺方法，通过该方法制备的水凝胶材料，比表面积大，内部结构疏松多孔，含有大量的羧基和羟基官能团，对废水中的重金属离子具有高效的吸附能力。

本发明采用的技术方案是：一种可吸附重金属离子的生物质基水凝胶材料的制备方法，生物质基材料在去离子水溶液状态下，先后与加入的交联剂、羧基活化试剂和酰化催化剂进行反应，再经模具固化成型，制备出具有三维网络结构的生物质基水凝胶材料。

本发明生物质基水凝胶材料制备方法的具体过程如下：

（1）将生物质基材料溶解于去离子水中，配置成0.5-35%质量浓度的去离子水溶液；

（2）将交联剂加入步骤（1）所得的去离子水溶液中，充分搅拌10-45 min，使交联剂完全溶解，得到均匀的混合液A；

（3）将羧基活化试剂溶解于去离子水中，然后滴加入步骤（2）所得混合液A中，充分搅拌10-30 min，得到均匀的混合液B；

（4）将酰化催化剂溶解于去离子水中，滴加入步骤（3）所得混合液B中，充分搅拌10-30 min，得到混合液C；

（5）将步骤（4）所得混合液C倒入模具中，室温下密封静止0.5-12 h后固化成型，得到生物质基水凝胶材料。