[发明专利]合成掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属环境材料合成领域，具体涉及一种合成掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂的方法。

背景技术

水是生命之源，但是随着现在工业的高速发展，水环境污染的形势日益严峻，因此开发高效的水处理技术尤为重要，在常用的水处理技术当中，吸附剂因其低成本、高效率、易于操作、选择性强等优势得到了越来越多的关注。但是常规的吸附剂材料如活性炭等对于污染物吸附效率较低，并且难以进行分离回收再生。因此，开发高效的吸附剂材料对于吸附技术的发展尤为关键。

海藻酸钠是从天然海藻中提取的一种线性多糖，由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸连接组成，无毒无害，具有良好的生物相容性，且海藻酸钠易于形成凝胶，这对于吸附剂的分离回收具有非常大的优势。聚乙烯醇是一种无色无毒、可生物降解的高分子聚合物，两者均可以通过物理或化学的方法形成凝胶球，但是海藻酸钠凝胶球易破碎、机械性能差，聚乙烯醇则易粘连，且两者的吸附性能较弱。

碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的结构型碳材料。主要包含富勒烯、碳纳米管、石墨烯量子点、石墨烯、纳米介孔碳等，碳纳米材料具有稳定性好、强度高、比表面积高等优势，并且碳纳米材料易于进行修饰氧化，其对于水中污染物(如抗生素、染料、重金属)具有良好的吸附性能，但是碳纳米材料具有的生物毒性对环境的危害很大，由于碳纳米材料多呈粉末状，应用于吸附剂时难以进行回收。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种合成掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂的方法。

本发明中，将碳纳米材料采用超声的方法均匀分散在海藻酸钠和聚乙烯醇的混合水分散体系中，接下来滴入化学交联剂中形成复合微球；简单快速高效地合成掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂。本发明将碳纳米材料掺杂在凝胶球体系中，可以提高吸附效机械性能强，并有利于分离回收。

为实现以上目的，本发明提供了如下技术方案：

一种掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂的方法，包括如下步骤：

(1)将一定质量的碳纳米材料粉末加入去离子水中，搅拌后，置于超声仪器中进行超声分散，制得碳纳米材料水分散体系；

(2)将适量的聚乙烯醇加入少量去离子水中，并置于热水浴中进行加热，间隔一定时间用玻璃棒进行搅拌，当聚乙烯醇完全溶解后取出，静置至恢复至常温；

(3)将适量的海藻酸钠粉末和步骤(2)中溶解好的聚乙烯醇加入到步骤(1)制备的碳纳米材料水分散体系中，得到混合分散体系，采用机械搅拌或磁力搅拌的方式使所述混合分散体系搅拌均匀；

(4)将适量的硼酸和氯化钙在水中溶解，并调节pH至中性，制备硼酸-氯化钙混合溶液；

(5)将步骤(3)所得的混合分散体系采用蠕动泵逐滴加入到硼酸-氯化钙混合溶液中，即时形成凝胶球，将所述凝胶球继续置于步骤(4)制备的硼酸-氯化钙混合溶液中静置4小时，得到掺杂碳纳米材料的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球吸附剂。

进一步，所述碳纳米材料为氧化石墨烯、氧化碳纳米管、石墨烯量子点中的一种或多种。

本发明中，所采用的碳纳米材料的添加量可以根据碳纳米材料的种类而定。参考标准为:随着碳纳米材料添加量的增加，其机械性能先升后降，其吸附性能不断增加。以氧化石墨烯为例，当氧化石墨烯与海藻酸钠的质量比为1:5，其成球的机械性能和吸附效果均较佳。

进一步，所述碳纳米材料为氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的添加质量不超过海藻酸钠添加质量的0.5倍。

进一步，所述氧化石墨烯的添加质量为海藻酸钠添加质量的0.5倍。

本发明中，所采用的聚乙烯醇和海藻酸钠的溶度及比例也均可调节。参考标准为：当聚乙烯醇的含量增加时，凝胶球的粘结性增加，但是成球容易拖尾；当海藻酸钠的含量增加时，成球效果好，但是凝胶球质脆；以掺杂氧化石墨烯的聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶球为例，当聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为2：5时，总浓度为4％时，其成球的机械性能和吸附效果均较佳。

进一步，所述聚乙烯醇的添加质量为海藻酸钠添加质量的0.4倍。

进一步，步骤(2)中的聚乙烯醇热水浴的温度为50℃—90℃。

进一步，步骤(4)中的硼酸的浓度为3％—5％(以质量计)，氯化钙的浓度为1％—5％(以质量计)。

进一步，步骤(5)中蠕动泵的流量为20-50mL/min。

本发明的有益效果在于：