CN105478095A - 一种污水处理用坡缕石水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理用坡缕石水凝胶材料，主要由包含坡缕石的以下材料制备而成：坡缕石、壳聚糖、聚乙烯醇、发泡材料。所述的坡缕石的重量份为50-60；壳聚糖的重量份为30-35；聚乙烯醇的重量份为5-8；以及适量的发泡材料。利用坡缕石的吸附性能好、力学性能优异、价格低廉的特点，穿插于聚乙烯醇与壳聚糖形成的水凝胶材料中，再经发泡处理，使制得的污水处理用低密度水凝胶材料具有比表面积大，吸附效率高，力学性能优异，而且提高材料热分解温度，延长材料使用寿命，适用于污水处理技术。本发明还公开了污水处理用低密度水凝胶材料的制备方法，其生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有市场应用前景。

Description

一种污水处理用坡缕石水凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种污水处理用坡缕石水凝胶材料及其制备方法。
背景技术
多孔过滤分离吸附材料广泛应用于饮品、食品、酿造、制药、化学化工、污水处理、环境保护等行业的澄清净化、固液分离、过滤回收等生产过程中，而这些由塑料、陶质、金属粉末冶金等材料制成的多孔过滤分离吸附材料已经成为工业生产中重要的组成部分。而另一方面，由于聚乙烯醇和壳聚糖制备的水凝胶材料具有三维网状结构，有致密且孔径较均匀的孔隙，经发泡处理后，材料比表面积和吸附容量更大大，同时化学稳定性好，对水的浸润性和渗透性强，兼具对重金属离子具有优良的过滤分离及吸附功能，是污水处理领域迫切急需的关键材料。
中国专利公开号为CN101186720A公开了一种污水处理用聚乙烯醇发泡材料，该方法是以聚乙烯醇、甲醛和淀粉为原料、硫酸为催化剂、硫酸钙为发泡剂制备的软质泡沫塑料,其特征是添加有碳纳米管和聚乙二醇一道发泡。该发明的有益效果是：具有独特的吸附性能,能吸附废水中悬浮颗粒和污渍,并有脱除异味和脱色效果。但是该方法制备的材料力学性能较差。
中国专利公开号为CN102125811A公开了一种聚乙烯醇-壳聚糖纳滤膜的制备方法，该发明将聚砜底膜用2%-5%的聚乙烯醇水溶液处理,然后用1%-5%的戊二醛水溶液涂覆在预处理好的膜上1-3min,最后将浓度为0.2%-1.8%的壳聚糖醋酸水溶液涂覆在膜表面,将所得的复合膜经90℃后处理所制备的复合膜。该发明的优点是:复合膜的对2000ppm硫酸钠的截留为91.8%,对2000ppm氯化钠的截留为80.1%,对2000ppm聚乙二醇600的截留为93.7%；但是该发明分离过滤效率较低，且力学性能较差。
中国专利公开号为CN103769062A公开了一种功能化聚乙烯醇水凝胶及其制备方法，该发明包含功能化聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(CS)、海藻酸钠；其中，功能化聚乙烯醇和壳聚糖的重量比为5∶95～95∶5。该发明制备的水凝胶对重金属的吸附容量大，吸附速度快，但是该发明制备的材料力学性能较差且吸附效率较低。
随着工业技术的高速发展，污水处理材料作为污水处理技术中的重要组成部分也越加受到重视，而目前用于污水处理的水凝胶发泡材料的很少，大大限制了污水处理材料的选择，因此，开发一种适用于污水处理的具有优异的吸附效率和力学性能的水凝胶发泡材料，对对丰富污水处理材料，促进污水处理的发展具有重要意义。
发明内容
本发明目的：为了丰富污水处理材料种类，降低水凝胶成本，本发明提供一种污水处理用坡缕石水凝胶材料，其比表面积大，过滤分离和吸附效率好，同时具有优异的力学性能，为污水处理材料提供更多的选择。
本发明采用的技术方案：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料，其特征在于：由包含坡缕石的以下材料以重量份制备而成：
坡缕石50-60
壳聚糖30-35
聚乙烯醇5-8
发泡材料2-5
所述壳聚糖已脱酰胺；所述污水处理用坡缕石水凝胶材料，由有如下方法制备而得:
(1)将重量份为50-60的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为5-8的聚乙烯醇和重量份为30-35的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为2.0-5.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速240-300rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用低密度水凝胶材料。
所述壳聚糖脱酰胺在60%和80%之间。
所述坡缕石为纤维状坡缕石，粒径介于200纳米和500纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间。
所述发泡材料由40wt%硫酸溶液、30wt%-40wt%甲醛溶液和碳酸钙粉末以质量比3:2:1组成。
本发明的原理：利用坡缕石优异的吸附性能和力学性能，以及低廉的成本，将坡缕石均匀的穿插于聚乙烯醇和壳聚糖形成的三维网状水凝胶材料中，再将水凝胶材料经发泡处理，降低了水凝胶的密度，增大了水凝胶的比表面积，提高了制得的用于污水处理的水凝胶发泡材料的吸附效率和力学性能，降低了生产成本，制得了密度小，吸附效率高，力学性能优异的污水处理用低密度水凝胶材料；同时，由于坡缕石提高了聚乙烯醇和壳聚糖的热分解温度，降低了成本，延长了污水处理用水凝胶材料的使用寿命。
本发明突出特点和有益效果在于：
(1)本发明的污水处理用坡缕石水凝胶材料经发泡处理后降低了密度，增大了比表面积，提高了吸附效率；
(2)本发明的污水处理用坡缕石水凝胶材料力学性能优异，通过将坡缕石均匀的穿插于聚乙烯醇和壳聚糖形成的水凝胶材料中，使得污水处理用低密度水凝胶材料的力学性能增强；
(3)本发明污水处理用坡缕石水凝胶材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环保，具有较高的市场应用前景。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明作更进一步的说明，以下所述仅是本发明的优选实施方式，在相同原理下，可以做出部分改进，这些改进也属于本发明的保护范围内：
实施例1：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料：
(1)将重量份为50的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为5的聚乙烯醇和重量份为35的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为2.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速300rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用水凝胶材料。
实施例2：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料：
(1)将重量份为55的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为6的聚乙烯醇和重量份为30的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为5.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速240rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用水凝胶材料。
实施例3：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料：
(1)将重量份为60的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为8的聚乙烯醇和重量份为31的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为3.6的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速280rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用水凝胶材料。
实施例4：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料：
(1)将重量份为50的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为7的聚乙烯醇和重量份为33的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为4.1的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速240rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用水凝胶材料。
实施例5：
一种污水处理用坡缕石水凝胶材料：
(1)将重量份为55的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
(2)将重量份为8的聚乙烯醇和重量份为30的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
(3)将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
(4)将重量份为2.9的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速300rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
(5)将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用水凝胶材料。
表一各实施例性能分析数据
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
最大吸附量（mg/g） 307 289 293 301 296
机械强度（MPa） 68.4 63.3 65.8 64.9 67.0
热分解温度（℃） 229 198 204 213 219

Claims (2)

1.一种污水处理用坡缕石水凝胶材料，其特征在于：由包含坡缕石的以下材料以重量份制备而成：
坡缕石50-60
壳聚糖30-35
聚乙烯醇5-8
发泡材料2-5
所述壳聚糖已脱酰胺；所述污水处理用坡缕石水凝胶材料，由有如下方法制备而得:
（1）将重量份为50-60的坡缕石置于水中，并进行超声分散，形成悬浮液；
（2）将重量份为5-8的聚乙烯醇和重量份为30-35的壳聚糖加入水中，在加热温度为80℃下进行搅拌混合，搅拌转速300rpm，搅拌时间30分钟，形成聚乙烯醇和壳聚糖混合液；
（3）将步骤（2）得到的聚乙烯醇和壳聚糖混合液，在加热温度为80℃下加入步骤（1）的悬浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间30分钟，得到混合均匀的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液；
（4）将重量份为2.0-5.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸钙粉末加入到加热温度45℃的步骤（3）得到的聚乙烯醇、壳聚糖和坡缕石的复合溶液中，并进行搅拌，搅拌转速240-300rpm，搅拌时间5分钟，得到混合液；
（5）将步骤（4）得到的混合液注入模具中，在环境温度55℃下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤除杂，得到污水处理用低密度水凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的污水处理用坡缕石水凝胶材料，其特征在于：所述壳聚糖脱酰胺在60%和80%之间；所述坡缕石为纤维状坡缕石，粒径介于200纳米和500纳米之间，长径比介于10:1和20:1之间；所述发泡材料由40wt%硫酸溶液、30wt%-40wt%甲醛溶液和碳酸钙粉末以质量比3:2:1组成。
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