CN107583600A - 改性二氧化硅水凝胶的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性二氧化硅水凝胶的制备方法及其产品和应用，在磁力搅拌下海藻酸钠进行溶解，再加入经羧基化改性后的SiO2纳米颗粒，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的引发剂和交联剂，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。SiO2水凝胶材料，有效提高吸附材料的稳定性，可重复多次使用，有效降低成本，解决了吸附剂回收问题。本发明涉及的改性SiO2水凝胶的制备工艺简单、成本低廉、选择性好、吸附容量大，在重金属处理中具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性二氧化硅水凝胶的制备方法及其产品和应用，可有效提高废水中重金属离子的吸附效率，解决吸附剂回收问题，用于水污染处理领域。
背景技术
工业化进程加速发展和人类破坏性活动的加剧，大量重金属离子污染物被排放到自然水体中，这些重金属离子不能被微生物所降解，长期存在会通过食物链进入人体，从而对人类健康造成严重危害，因此，除去水体中的重金属离子具有重要意义。目前，国内外重金属废水的处理方法主要有：吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等。其中，吸附法由于操作简便、处理容量大、可回收重金属离子、吸附剂可循环使用等优点，受到广泛关注。吸附法的核心是吸附剂，目前，吸附剂用的最多，性能较好是活性炭、沸石等，活性炭因为含油大量微孔，具有较大的比表面积，所以可有效去除废水中的重金属离子和有机污染物，但活性炭经济成本高且再生效率低，这大大限制了其大规模的工业化应用。
水凝胶作为一种具有三维网状结构的高分子材料，不仅具有能在水中显著溶胀并保持其原有结构和性能，通过溶胀与收缩的方式来实现对刺激的响应，而且还具有吸附容量大、去除效率高、吸附速率快、原料丰富、无毒无污染等特点，比较适合于低浓度重金属离子的分离。因此，通过水凝胶材料吸附去除重金属离子具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于针对现有吸附剂材料吸附率低、难回收、成本高等问题，提出了一种改性二氧化硅水凝胶的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述制备方法获得的改性二氧化硅水凝胶产品。
本发明的又一目的在于：提供上述改性二氧化硅水凝胶产品的应用。
一种改性二氧化硅水凝胶的制备方法，利用水凝胶的大孔结构和功能性羧基基团的引入，使水凝胶与水中重金属离子形成复合物，包括以下步骤：在磁力搅拌下，取一定质量分数的海藻酸钠进行溶解，再加入经羧基化改性后的SiO2纳米颗粒，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的引发剂和交联剂，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。
本发明利用水凝胶的大孔结构和功能性羧基基团的引入，使水凝胶与水中重金属离子形成复合物以提高吸附效率和选择性吸附能力。
在一定温度和磁力搅拌下，按照一定体积比将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、氨水进行混合均匀，逐滴滴加一定量的硅烷偶联剂，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1：（7.5~10）。
引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或N,N,N,N-四甲基乙二胺中的一种。
海藻酸钠的质量分数为1~2%，海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:（1~1.5）。
正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1：（10~30）：（1~1.2）；反应温度为40~50℃。
一种改性二氧化硅水凝胶，其特征在于根据上述任一所述方法制备得到。
一种改性二氧化硅水凝胶在提高废水中重金属离子的吸附效率的应用。
改性SiO2水凝胶的吸附性能评价在烧杯中进行，将切割好的水凝胶置于50mg/L的Cu（Ⅱ）溶液中，调节体系pH至4左右，常温下振荡，吸附反应2h后计算Cu（Ⅱ）的去除率。
本发明具有如下优点：
（1）本发明提出的一种改性SiO2水凝胶的制备方法，采用溶胶-凝胶法和包埋法相结合制备出固定化的改性SiO2水凝胶材料，利用水凝胶的大孔结构和功能性羧基基团的引入，使水凝胶与水中重金属离子形成复合物有效提高了吸附效率和选择性吸附能力。
（2）本发明利用海藻酸钠天然聚合物制备水凝胶，不仅成本低、无毒、可再生，而且其三维立体结构可以增大表面积，提高对改性SiO2纳米离子的包埋率，从而有利于对水中重金属离子的吸附；同时SiO2表面的羧基可提高纳米离子与基体的界面相容性，提高SiO2纳米粒子的反应活性。
（3）本发明提出的改性SiO2水凝胶制备工艺简单，成本低廉，可有效提高水凝胶的水溶胀性，提高材料的吸附性能，而且水凝胶吸水但不溶于水，可在吸附结束后直接与吸附液分离，可重复多次利用，具有良好的市场应用前景。
具体实施方式
通过实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1
在30℃和磁力搅拌下，按照正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1:10:1的比例与去离子水进行混合均匀，按照硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1:10逐滴滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
在磁力搅拌下，取质量分数为10ml 1%的海藻酸钠进行溶解，按照海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:1.5加入改性SiO2，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，可以根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。所制备的改性SiO2水凝胶对Cu（Ⅱ）的去除率为81.2%。
实施例2
在40℃和磁力搅拌下，按照正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1:20:1.2的比例与去离子水进行混合均匀，按照硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1:7.5逐滴滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
在磁力搅拌下，取质量分数为10ml 2%的海藻酸钠进行溶解，按照海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:1.25加入改性SiO2，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的过硫酸铵和N,N,N,N-四甲基乙二胺，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，可以根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。所制备的改性SiO2水凝胶对Cu（Ⅱ）的去除率为84.5%。
实施例3
在30℃和磁力搅拌下，按照正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1:20:1的比例与去离子水进行混合均匀，按照硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1:10逐滴滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
在磁力搅拌下，取质量分数为10ml 1%的海藻酸钠进行溶解，按照海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:1加入改性SiO2，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，可以根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。所制备的改性SiO2水凝胶对Cu（Ⅱ）的去除率为72.1%。
实施例4
在30℃和磁力搅拌下，按照正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1:30:1.2的比例与去离子水进行混合均匀，按照硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1:7.5逐滴滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
在磁力搅拌下，取质量分数为10ml 2%的海藻酸钠进行溶解，按照海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:1.5加入改性SiO2，使其均匀分散在海藻酸钠中，然后再加入适量的过硫酸铵和N,N,N,N-四甲基乙二胺，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，可以根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。所制备的改性SiO2水凝胶对Cu（Ⅱ）的去除率79.7%。
Claims (8)
1.一种改性二氧化硅水凝胶的制备方法，加入了引发剂和交联剂，其特征在于，利用水凝胶的大孔结构和功能性羧基基团的引入，使水凝胶与水中重金属离子形成复合物，包括以下步骤：在磁力搅拌下，将海藻酸钠进行溶解，再加入经羧基化改性后的SiO2纳米颗粒，使其均匀分散在海藻酸钠中，其中，所述的海藻酸钠的质量分数为1~2%，所述的海藻酸钠与改性SiO2的质量比为1:（1~1.5），然后再加入引发剂和交联剂，搅拌10min后倒入正方形磨具中形成凝胶，固定成型后，即可得到羧基改性的SiO2水凝胶，根据需要将其切割成1*1cm大小的小方块。
2.权利要求1所述的改性二氧化硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性后的SiO2纳米颗粒的制备方法如下：在一定温度和磁力搅拌下，按照一定体积比将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、氨水进行混合均匀，逐滴滴加一定量的硅烷偶联剂，室温下搅拌24h，即可得到羧基化改性的纳米SiO2。
3.根据权利要求2所述的改性二氧化硅水凝胶的制备方法，其特征在于，正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水的体积比为1：（10~30）：（1~1.2）；反应温度为40~50℃。
4.根据权利要求2所述的改性二氧化硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂与正硅酸乙酯的体积比为1：（7.5~10）。
5.根据权利要求1所述的改性二氧化硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种。
6.根据权利要求1所述的改性二氧化硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或N,N,N,N-四甲基乙二胺中的一种。
7.一种改性二氧化硅水凝胶，其特征在于根据权利要求1-6任一所述方法制备得到。
8.根据权利要求8所述改性二氧化硅水凝胶在提高废水中重金属离子的吸附效率的应用。
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108728107A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-02 | 合肥慧谷农业科技有限公司 | 一种可处理重金属的土壤改良剂及其制备方法 |
| CN108748503A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 阜南县创发工艺品有限公司 | 一种延长速生木材室外使用年限的方法 |
| CN108770874A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-09 | 来安县薜必英家庭农场 | 一种长效防治稻瘟病的农药 |
| CN108776224A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-09 | 郑州工程技术学院 | 一种检测赭曲霉毒素a的免疫层析试纸 |
| CN108896766A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-27 | 郑州工程技术学院 | 一种检测呕吐毒素的免疫层析试纸 |
| CN108982863A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 郑州工程技术学院 | 一种检测吡虫啉的免疫层析试纸 |
| CN109061167A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-21 | 郑州工程技术学院 | 一种检测拟除虫菊酯的免疫层析试纸 |
| CN109085336A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-25 | 郑州工程技术学院 | 一种检测伏马菌素b1的免疫层析试纸 |
| CN109406786A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-03-01 | 郑州工程技术学院 | 一种检测甲胺磷的免疫层析试纸 |
| CN109894990A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-18 | 湖南科技大学 | 一种具有胀流特性的柔性磨具及其抛光方法 |
| CN110743507A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-04 | 浙江理工大学 | 一种海藻酸钠-硅胶复合干燥剂及其制备方法 |
| CN111040488A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-21 | 曾令涛 | 一种家电镀锌板uv手感涂层及其制备方法 |
| CN112191231A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-08 | 深圳市圳力液体分离科技有限公司 | 水凝胶包覆吸附剂材料及制备方法和应用 |
| CN114752935A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-07-15 | 华中科技大学 | 防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层和制备方法 |
| CN115477506A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-12-16 | 马鞍山市申锐节能新材料有限公司 | 一种抗裂能力强的保温砂浆及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101942167A (zh) * | 2010-09-10 | 2011-01-12 | 天津工业大学 | 含有纳米粘土的高吸附性水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN103752286A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-30 | 山东建筑大学 | 一种去除重金属离子的复合吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN105504166A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-04-20 | 武汉理工大学 | 一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN105921125A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-09-07 | 江苏麦阁吸附剂有限公司 | 一种凹土/海藻酸钠复合型重金属吸附剂及其制备方法 |
-
2017
- 2017-10-18 CN CN201710970553.3A patent/CN107583600A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101942167A (zh) * | 2010-09-10 | 2011-01-12 | 天津工业大学 | 含有纳米粘土的高吸附性水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN103752286A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-30 | 山东建筑大学 | 一种去除重金属离子的复合吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN105504166A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-04-20 | 武汉理工大学 | 一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN105921125A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-09-07 | 江苏麦阁吸附剂有限公司 | 一种凹土/海藻酸钠复合型重金属吸附剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于长江，等: "海藻酸钠复合吸附材料研究进展", 《海南师范大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108728107A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-02 | 合肥慧谷农业科技有限公司 | 一种可处理重金属的土壤改良剂及其制备方法 |
| CN108748503A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 阜南县创发工艺品有限公司 | 一种延长速生木材室外使用年限的方法 |
| CN108770874A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-09 | 来安县薜必英家庭农场 | 一种长效防治稻瘟病的农药 |
| CN108776224B (zh) * | 2018-08-29 | 2021-01-01 | 郑州工程技术学院 | 一种检测赭曲霉毒素a的免疫层析试纸 |
| CN108776224A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-09 | 郑州工程技术学院 | 一种检测赭曲霉毒素a的免疫层析试纸 |
| CN108896766A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-27 | 郑州工程技术学院 | 一种检测呕吐毒素的免疫层析试纸 |
| CN108982863A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 郑州工程技术学院 | 一种检测吡虫啉的免疫层析试纸 |
| CN109061167A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-21 | 郑州工程技术学院 | 一种检测拟除虫菊酯的免疫层析试纸 |
| CN109085336A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-25 | 郑州工程技术学院 | 一种检测伏马菌素b1的免疫层析试纸 |
| CN109406786A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-03-01 | 郑州工程技术学院 | 一种检测甲胺磷的免疫层析试纸 |
| CN109085336B (zh) * | 2018-08-29 | 2021-03-02 | 郑州工程技术学院 | 一种检测伏马菌素b1的免疫层析试纸 |
| CN109894990A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-18 | 湖南科技大学 | 一种具有胀流特性的柔性磨具及其抛光方法 |
| CN110743507A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-04 | 浙江理工大学 | 一种海藻酸钠-硅胶复合干燥剂及其制备方法 |
| CN110743507B (zh) * | 2019-10-21 | 2022-08-23 | 浙江理工大学 | 一种海藻酸钠-硅胶复合干燥剂及其制备方法 |
| CN111040488A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-21 | 曾令涛 | 一种家电镀锌板uv手感涂层及其制备方法 |
| CN112191231A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-08 | 深圳市圳力液体分离科技有限公司 | 水凝胶包覆吸附剂材料及制备方法和应用 |
| CN112191231B (zh) * | 2020-09-25 | 2023-09-26 | 深圳市圳力液体分离科技有限公司 | 水凝胶包覆吸附剂材料及制备方法和应用 |
| CN114752935A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-07-15 | 华中科技大学 | 防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层和制备方法 |
| CN114752935B (zh) * | 2022-03-07 | 2024-02-23 | 华中科技大学 | 防腐防污功能一体化的改性铁基非晶复合涂层和制备方法 |
| CN115477506A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-12-16 | 马鞍山市申锐节能新材料有限公司 | 一种抗裂能力强的保温砂浆及其制备方法 |
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