CN105478088A - 一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,主要对水体进行净化,吸附水中的污染物,其制作步骤:(1)将石墨烯加入到去离子水中,超声分散;(2)将壳聚糖溶解于酸性水溶液,加入石蜡油和乳化剂,摇匀后超声30min;(3)在高速搅拌状态下,将石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中,乳化2h,(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入交联剂,反应2~3h后通入氨气硬化30min,(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥。本发明工艺简单,原料来源方便,可吸附处理多种水中污染物,净化水体效果好,使水体得到高效净化,且不会产生二次污染,具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域,具体涉及一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法。
背景技术
我国矿山开采及其加工利用、工业废水排放、垃圾填埋等人类活动对水体会造成严重的污染,包括重金属离子、各种有机污染物等。随着工业的发展,工业废水越来越多,水污染日益加剧,淡水资源日益匮乏,人们的生活和社会的发展受到不同程度的影响。氯代有机物污染具有广泛性和危害性,已经成为一个全球性的环境问题,引起社会密切关注。欧共体公布的污染物黑名单上,卤代物和在环境中可以形成卤代物的物质排在前列,主要包括氯代脂肪烃和芳香烃及其衍生物。在我国,也越来越关注氯代有机物污染,其中对氯仿、氯苯、四氯化碳、邻二氯苯、对二氯苯等制定了严格的排放标准。然而,用传统的水处理方法和药剂来处理废水,处理效果不佳,生产成本较高,前期一次性投入较大,并且大多数会产生二次污染。而用壳聚糖及其衍生物处理废水,可生物降解、安全无毒、无二次污染,是用于废水处理一种效果较好的絮凝剂。
壳聚糖分子中的活性基团羟基和氨基既是吸附作用的活性中心,可以与金属离子形成络合物,对金属离子亦可吸附,又是发生交联反应的活性中心。壳聚糖在国内外的水环境处理中越来越受到关注,美国主要将其用于给饮用水及水的净化,我国则将其广泛应用于给水及饮用水、工业废水和生活废水的净化,有效去除金属离子、COD、染料、N和P等,还具有抑菌作用。
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料,自2004年起获得了广泛的关注和研究。越来越多的研究发现它具有大量的π共轭结构,可以与具有π键的化合物间具有π-π堆积作用,可以吸附多种有机物;而且其特殊的二维结构决定了它具有超大的比表面积,因而具有较大的吸附容量,具有高效的吸附能力,尤其对于多环芳烃类物质有强的吸附能力。因而本发明针将壳聚糖和石墨烯制备成复合微球,结合两者优异的性能,可吸附处理多种水中污染物,净化水体效果好,使水体得到高效净化,且不会产生二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供制备一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的方法,该微球可用于水体的净化,吸附多种重金属离子和有机污染物。
本发明提供了一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,具体包括如下步骤:
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.1~2%,超声分散1~3h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将壳聚糖溶解于质量分数为1~5%的酸性水溶液,壳聚糖的浓度为5~10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和乳化剂,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液按一定的质量配比加入到壳聚糖溶液中,氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入交联剂,在温度T=50~70℃下反应20.1~0.5%3h,接着通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
上述方法步骤(2)所述的壳聚糖分子量为Mw=1×103~1×106g/mol。
上述方法步骤(2)所述的酸为甲酸、乙酸、盐酸中的一种或几种。
上述方法步骤(2)中所述的乳化剂为吐温-20、吐温-40、司盘20、司盘80中的一种或几种,质量分数为0.5~1.5%。
上述方法步骤(3)中所述的石墨烯溶液与壳聚糖溶液的质量配比为1:5~20。
上述方法步骤(4)中所述的交联剂为甲醛、戊二醛、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷中的一种或几种,质量分数为0.1~0.5%。
本发明的有益效果:将石墨烯配制成溶液加入到壳聚糖溶液中,减少了石墨烯的团聚,具有超大的比表面积,可以吸附更多的有机污染物;本发明工艺简单,原料来源方便;可吸附处理多种水中污染物,净化水体效果好,使水体得到高效净化,且不会产生二次污染,具有广阔的推广应用前景。
具体实施方式
实施例1
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.5%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=1×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为1%的甲酸水溶液中,壳聚糖的浓度为5%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为0.5%的吐温-20,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.1%的甲醛作为交联剂,在温度T=50℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
实施例2
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为1%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=1×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为1%的甲酸水溶液中,壳聚糖的浓度为10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为0.5%的吐温-20,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.1%的甲醛作为交联剂,在温度T=50℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
实施例3
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.5%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=5×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为3%的乙酸水溶液中,壳聚糖的浓度为5%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为0.5%的吐温-20,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.1%的甲醛作为交联剂,在温度T=50℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
实施例4
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.5%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=5×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为3%的乙酸水溶液中,壳聚糖的浓度为10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为0.5%的司盘20,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:5),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.2%的甲醛作为交联剂,在温度T=50℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
实施例5
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.5%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=5×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为3%的乙酸水溶液中,壳聚糖的浓度为10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为1%的司盘20,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:10),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.2%的甲醛作为交联剂,在温度T=50℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
实施例6
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.5%,超声分散1h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将分子量为Mw=5×104g/mol的壳聚糖溶解于质量分数为3%的乙酸水溶液中,壳聚糖的浓度为10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和质量分数为1%的司盘80,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液加入到壳聚糖溶液中(石墨烯溶液与壳聚糖溶液质量比为1:10),氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入质量分数为0.2%的戊二醛作为交联剂,在温度T=60℃下反应20h,之后通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于:首先制备壳聚糖-石墨烯混合均匀溶液,在交联剂的作用下制备成壳聚糖-石墨烯聚合物微球,其具体制备方法如下:
(1)将石墨烯加入去离子水中,石墨烯的浓度为0.1~2%,超声分散1~3h后,得到分散均匀的石墨烯水溶液;
(2)将壳聚糖溶解于质量分数为1~5%的酸性水溶液,壳聚糖的浓度为5~10%,搅拌使其充分溶解,向溶液中加入质量分数为5%的石蜡油和一定量的乳化剂,摇匀后超声30min(20℃,100Hz);
(3)在高速搅拌状态下,将步骤(1)制得的石墨烯溶液按质量配比加入到壳聚糖溶液中,氮气保护,乳化2h;
(4)向壳聚糖-石墨烯溶液中加入交联剂,在温度T=50~70℃下反应20h,接着通入氨气硬化30min;
(5)经石油醚,丙酮和无水乙醇洗涤超声数次,最后悬浮于无水乙醇中,将产物抽滤,真空干燥即的壳聚糖-石墨烯微球。
2.根据权利1所述的一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述的壳聚糖分子量为Mw=1×103~1×106g/mol。
3.根据权利1所述的一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述的酸为甲酸、乙酸、盐酸中的一种或几种。
4.根据权利1所述的一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述的乳化剂为吐温-20、吐温-40、司盘20、司盘80中的一种或几种,质量分数为0.5~1.5%。
5.根据权利1所述的一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于步骤(3)中所述的石墨烯溶液与壳聚糖溶液的质量配比为1:5~20。
6.根据权利1所述的一种用于水处理的壳聚糖-石墨烯微球的制备方法,其特征在于步骤(4)中所述的交联剂为甲醛、戊二醛、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷中的一种或几种,质量分数为0.1~0.5%。
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