一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯经混酸溶剂超声氧化处理后，用去离子水清洗离心、干燥，得到酸化的氧化石墨烯材料；采用丙烯酸与瓜尔胶/氧化石墨烯交联共聚制备的凝胶经无水乙醇清洗、干燥后得到改性瓜尔胶/GO凝胶吸附剂。该方法获得的吸附剂呈现固体形状，提高了其吸附后的固液分离能力，减少了后续的操作处理流程。同时，引入的羧酸基团有助于提高其亲水性进而提高对染料的吸附能力。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着染料、纺织、造纸、皮革、电镀等行业工业化进程的加快，各种各样的染料被大量的应用到生产生活中，随之带来的是越来越多的染料废水被排放，不仅使水体环境的稳态平衡受到破坏，而且这类染料毒性致命，对人类及其它生物的生命活动造成了巨大的危害。因此，染料废水需要被处理后，才能排放到江河湖泊中。

凝胶吸附技术作为一门新兴的水体净化和吸附分离技术，其具有操作简便、使用安全、效率较高等优点，在近几年来发展迅速。凝胶聚合物网络内部存在大量亲水性官能团，使其具有良好的溶胀度而并不溶于水，极大提高了凝胶作为吸附材料的固液分离能力，并简化了污水净化的后续处理程序，为解决水体中有机染料污染问题提供了更加行之有效的途径。

在吸附过程中用到的吸附材料种类多种多样，由于GO具有丰富的空隙结构和超大的比表面积，这对于染料的吸附具有积极地效应，但是GO表面含氧官能团十分的有限，使得GO分散性差，生物相容性低。这就大大限制了GO用于染料废水处理的实际应用。瓜尔胶是从豆科植物瓜尔豆的胚乳中提取出的一种非离子型半乳甘露聚糖，属于绿色环保的天然高分子材料，瓜尔胶及其衍生物具有良好的水溶性，且在低质量分数下呈现很高的粘度。因此近几年，瓜尔胶作为新兴的凝胶基质引起了广泛关注。因此，制备丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂有望高效处理染料废水。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，该方法制备简便，成本低，效果好，通过丙烯酸单体与瓜尔胶/GO在交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺的作用下热交联形成凝胶，由此提高了凝胶材料中的含氧官能团，这很好地提高了其固液分离和染料吸附的能力。

为此，本发明的技术方案如下：

一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化石墨烯加入到一定量的混酸溶剂中，将其超声一段时间后进行清洗并离心，然后放入烘箱中在一定温度下进行干燥后，配置一定浓度的氧化石墨烯溶液；

2)取一定量的瓜尔胶在一定温度下持续搅拌溶解于一定量的溶剂中，随后添加一定体积的氧化石墨烯溶液持续搅拌一定时间后加入一定量的丙烯酸(AA)和引发剂，继续在此温度下搅拌一定时间；

3)随后将一定量的氢氧化钠、N-N亚甲基双丙烯酰胺和十二烷基硫酸钠依次添加到此前的混合体系中并继续搅拌一定时间后，放入烘箱中在一定温度下热交联反应一定时间后进行清洗，再在一定温度下进行干燥得到丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶；

进一步，所述混酸溶剂为浓硫酸和浓硝酸按1∶1-6∶1的比例混合得到；

进一步，所述清洗溶剂为无水乙醇或者去离子水。

进一步，所述烘箱干燥温度为50-60℃。

进一步，所述所述搅拌时间为30-120min。

进一步，步骤1)中所述混酸体积为200-300ml，超声时间为1-1.5h，氧化石墨烯溶液浓度为1-6mg/ml。

进一步，步骤2)中所述瓜尔胶的用量为0.3-0.6g，溶剂为去离子水或者超纯水，溶解体积为20-50ml，氧化石墨烯溶液的体积为5-15ml，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中一种，丙烯酸与引发剂的比例为150∶1-100∶1，搅拌温度为50-60℃。

进一步，步骤3)中所述氢氧化钠与丙烯酸的比例为10∶1-5∶1，N-N亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酸的比例为25∶1-10∶1，十二烷基硫酸钠的用量为0.1-0.5g，热交联烘箱温度为50-60℃，反应时间为2-5h。

本发明提供的方法具有如下优点：

1)实验采用混酸处理后的氧化石墨烯，去除了表面缺陷，引入了多余的官能团(羟基，羧基，环氧基)，提高了其亲水性和与天然高分子的相容能力。

2)丙烯酸共聚交联使瓜尔胶与GO相结合形成固体凝胶吸附剂，提高了其吸附后的固液分离能力，减少了后续的操作处理流程。同时，引入的羧酸基团有助于提高其对染料的吸附能力。

附图说明

图1为实施例1-3制得丙烯酸共聚交联瓜尔胶/GO的扫描电子显微镜图。

图2为实施例1-3制得丙烯酸共聚交联瓜尔胶/GO的傅里叶红外光谱图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将0.5g原生氧化石墨烯加入到200mL浓硫酸和浓硝酸按3∶1比例混合的混酸中，经超声1h进行酸氧化处理，然后用去离子水进行清洗并离心，直至离心上清液为中性，最后将酸处理的氧化石墨烯在60℃下干燥12h后，配置5mg/ml的氧化石墨烯溶液；

2)取0.5g瓜尔胶在60℃下持续搅拌30min溶解于20ml的去离子水中，随后添加10ml浓度为5mg/ml的氧化石墨烯溶液持续搅拌30min后加入3ml丙烯酸(AA)和加入0.0315g(丙烯酸质量的1％)引发剂过硫酸钾，继续在此温度下搅拌120min。

3)随后将0.3465g(丙烯酸质量的11％)氢氧化钠、0.0945g(丙烯酸质量的3％)N-N亚甲基双丙烯酰胺和0.3g十二烷基硫酸钠依次添加到此前的混合体系中并继续搅拌30min后，放入烘箱中在60℃热交联反应3h后用无水乙醇进行清洗，再在60℃下进行干燥得到丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶；

利用Hitachi S4800扫描电子显微镜和德国Bruker公司TENSOR37傅里叶红外光谱仪对本实施例1制得的丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶测试，得到图1(1)和图2(1)。

实施例2

一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

1)同实施例1中操作步骤1)；

将实施例1中步骤2)丙烯酸单体的添加量改为6ml，引发剂的添加量改为0.0630g，其余条件同实施例1步骤2)相同。将实施例1中步骤3)氢氧化钠用量改为0.693g，N-N亚甲基双丙烯酰胺添加量改为0.1890g，其余条件与实施例1步骤3)相同。得到实施例2丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶。

利用Hitachi S4800扫描电子显微镜和德国Bruker公司TENSOR37傅里叶红外光谱仪对本实施例2制得的丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶测试，得到图1(2)和图2(2)。

实施例3

一种丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

1)同实施例1中操作步骤1)；

将实施例1中步骤2)丙烯酸单体的添加量改为8ml，引发剂的添加量改为0.0840g，其余条件同实施例1步骤2)相同。将实施例1中步骤3)氢氧化钠用量改为0.9240g，N-N亚甲基双丙烯酰胺添加量改为0.2520g，其余条件与实施例1步骤3)相同。得到实施例3丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶。

利用Hitachi S4800扫描电子显微镜和德国Bruker公司TENSOR37傅里叶红外光谱仪对本实施例3制得的丙烯酸交联共聚瓜尔胶/氧化石墨烯凝胶测试，得到图1(3)和图2(3)。