CN109535619A - 海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

一种海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，按如下方法制备得到：50℃下，将聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇水溶液，然后将海藻酸钠溶于所得聚乙烯醇水溶液中，得到复合水溶胶；将所得复合水溶胶进行脱气处理，之后滴加到锌盐的水溶液中，转变为复合水凝胶，用水清洗后，室温干燥即得所述海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶；本发明海藻酸钠/聚乙烯醇凝胶的形成，只需要在水作为溶剂的条件下进行，鳌合金属离子也是在水溶液中进行，制备操作过程简单，经济环保；所得复合水凝胶呈现出多孔的网状结构，对染料分子具有很好的吸附作用。

Description

海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶及其制备方法与应用
(一)技术领域
本发明涉及一种海藻酸钠(SA)/聚乙烯醇(PVA)复合水凝胶及其制备方法，以及作为吸附剂在亚甲基蓝染料吸附中的应用。
(二)背景技术
随着生活水平的不断提高，纺织、造纸、制药和化妆品等行业的迅速发展促进了染料的大量使用，据不完全统计，目前制备的染料种类多达10万多种，约有超过10％以上的染料含量在制备和使用过程中被排放到环境中。大部分染料是有机化合物，它们进入水体后会污染环境，影响植物的光合作用和破坏水的生态平衡。此外，许多染料被认为是致癌，致突变和毒性，将染料废水进行处理成为现在迫切的课题。亚甲基蓝是一种广泛应用的阳离子染料，又称为碱性染料和盐类染料，主要用于纤维的染色，排放到水体中会造成强度高，光彩艳丽和难降解等环境问题，对亚甲基蓝染料的处理变得十分重要。
目前，处理染料废水的方式主要有物理法、化学法和生物法，具体包括吸附、絮沉、氧化、臭氧化、膜过滤和离子交换等过程，这些方法可以成功实现废水脱色的工业化，但是存在的缺陷是操作过程复杂，容易造成二次污染。吸附法是利用吸附剂对液体或者气体中的一些组分进行吸附处理。常见的吸附剂有活性炭，氧化铝，分子筛和金属有机骨架等多孔材料，但是这些物质由于价格贵且吸附效果不好，无法满足很好的染料吸附处理。近年来，不少研究者在制备吸附剂上研究深入。2011年，Safa等人利用稻壳作为基本材料，通过一定的处理过程实现了甲基橙和甲基红36的脱除，并探讨了吸附机理；2015年，Khattri利用甘蔗渣的多孔结构实现了染料废水的处理。所以，探寻一种简单地吸附剂制备方式进行染料的吸附过程，十分有价值。
(三)发明内容
本发明的目的是利用海藻酸钠/聚乙烯醇复合水溶胶，通过鳌合丰富的金属成核离子，以制备多孔的复合水凝胶，以及测试所得复合水凝胶在亚甲基蓝水溶液中的脱色处理，研究它的吸附性。
本发明的技术方案如下：
一种海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，按如下方法制备得到：
(1)50℃下，将聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇水溶液，然后将海藻酸钠溶于所得聚乙烯醇水溶液中，得到复合水溶胶(淡黄色粘稠液体)；
所述聚乙烯醇、海藻酸钠、水的质量比为3：0.25～1：100；
所述聚乙烯醇为低粘度的可溶性聚乙烯醇，醇解度为87.0％～89.0％，单体分子量为44.05；
(2)将步骤(1)所得复合水溶胶进行脱气处理，之后滴加到锌盐的水溶液中，转变为复合水凝胶，用水清洗后，室温(20～30℃)干燥即得所述海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶；
所述脱气处理的方法为：将复合水溶胶超声(功率800W)处理15min，静置30min，即可去除残余气泡；
所述锌盐的水溶液中锌离子的浓度为2mol/L，所述锌盐选自硝酸锌、乙酸锌或氯化锌；
所述复合水溶胶与锌盐的水溶液的体积比为1：1。
本发明制得的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶可作为吸附剂应用于染料废水的脱色处理。具体的，所述应用的方法为：
将所述海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶加到亚甲基蓝的水溶液中，振荡吸附，通过测试溶液的紫外吸收光谱，获得吸附效率；
所述亚甲基蓝的水溶液的浓度为150mg/L。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.海藻酸钠/聚乙烯醇凝胶的形成，只需要在水作为溶剂的条件下进行，鳌合金属离子也是在水溶液中进行，制备操作过程简单，没有引入其他有毒和污染环境的有机试剂，并且制备的混合水溶胶和Zn溶液可以重复使用多次，减少了试剂的浪费。
2.复合水凝胶呈现出多孔的网状结构，对染料分子具有很好的吸附作用。凝胶的原料来源丰富，可以很好的满足工业化应用的要求。
(四)附图说明
图1：本发明实施例1制得的复合水凝胶的SEM图。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例中，聚乙烯醇购自杭州邦华化学试剂有限公司，型号为1788低粘度，海藻酸钠购自杭州邦华化学试剂有限公司。
实施例1：1wt％浓度海藻酸钠复合凝胶的制备和染料吸附研究
(1)50℃下，将0.3g聚乙烯醇固体粉末加到10mL水中，搅拌溶解3h，得到聚乙烯醇水溶液，然后将0.1g海藻酸钠加到所得聚乙烯醇水溶液中，搅拌溶解3h，得到复合水溶胶。
(2)取步骤(1)所得复合水溶胶10mL超声处理15min，静置30min，以去除残余气泡，之后采用注射器将经过脱气处理的复合水溶胶滴加到10mL 2mol/L硝酸锌的水溶液中，转变为复合水凝胶，用水清洗后，室温干燥至表面无水状态，得到海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶。
(3)将制得的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶20g加到150mg/L亚甲基蓝的水溶液中，振荡吸附，通过测试溶液的紫外吸收光谱，获得吸附效率。
亚甲基蓝吸附实验(次数) 1 2 3
吸附率(％) 97 98 98
实施例2：0.5wt％浓度海藻酸钠复合凝胶的制备和染料吸附研究
(1)50℃下，将0.3g聚乙烯醇固体粉末加到10mL水中，搅拌溶解3h，得到聚乙烯醇水溶液，然后将0.05g海藻酸钠加到所得聚乙烯醇水溶液中，搅拌溶解3h，得到复合水溶胶。
(2)取步骤(1)所得复合水溶胶10mL超声处理15min，静置30min，以去除残余气泡，之后采用注射器将经过脱气处理的复合水溶胶滴加到10mL 2mol/L硝酸锌的水溶液中，转变为复合水凝胶，用水清洗后，室温干燥至表面无水状态，得到海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶。
(3)将制得的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶20g加到150mg/L亚甲基蓝的水溶液中，振荡吸附，通过测试溶液的紫外吸收光谱，获得吸附效率。
亚甲基蓝吸附实验(次数) 1 2 3
吸附率(％) 94 96 95
对比例：
近期，西北师范大学合成了纤维素/壳聚糖的复合水凝胶，并用于亚甲基蓝染料的吸附研究。主要通过纤维素和壳聚糖为基本原料，通过功能化单体接枝共聚合，制备一系列的复合水凝胶，实验过程为将一定量的纤维素和壳聚糖加入到功能单体AA，交联剂MBA和引发剂，氮气保护下90℃反应产生凝胶。通过UV分光光度计在644nm下测定吸光率，展示了最大1680.3mg/g的吸附量。吸附率达到90％以上。
本发明的优势：
1.复合凝胶的成分和制备条件不同，本发明复合凝胶的制备采用聚乙烯醇和海藻酸钠，这两种水溶性的低分子聚合物，然后利用金属螯合的反应方式获得，整个过程只需在水溶液下制备，制备过程简单，无需复杂的化学反应和条件。
2.本发明的复合水凝胶对亚甲基蓝染料的吸附效果较好，主要和复合凝胶表面丰富的孔道结构有关，展现出很好的优势。

Claims (8)

1.一种海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶按如下方法制备得到：
(1)50℃下，将聚乙烯醇溶于水中，得到聚乙烯醇水溶液，然后将海藻酸钠溶于所得聚乙烯醇水溶液中，得到复合水溶胶；
所述聚乙烯醇、海藻酸钠、水的质量比为3：0.25～1：100；
(2)将步骤(1)所得复合水溶胶进行脱气处理，之后滴加到锌盐的水溶液中，转变为复合水凝胶，用水清洗后，室温干燥即得所述海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶。
2.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，步骤(1)中，所述聚乙烯醇为低粘度的可溶性聚乙烯醇，醇解度为87.0％～89.0％，单体分子量为44.05。
3.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，步骤(2)中，所述脱气处理的方法为：将复合水溶胶超声处理15min，静置30min，即可去除残余气泡。
4.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，步骤(2)中，所述锌盐的水溶液中锌离子的浓度为2mol/L。
5.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，步骤(2)中，所述锌盐选自硝酸锌、乙酸锌或氯化锌。
6.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶，其特征在于，步骤(2)中，所述复合水溶胶与锌盐的水溶液的体积比为1：1。
7.如权利要求1所述的海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶作为吸附剂在染料废水的脱色处理中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：
将所述海藻酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶加到亚甲基蓝的水溶液中，振荡吸附，通过测试溶液的紫外吸收光谱，获得吸附效率。
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