CN110152631A - 一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，在改性氧化石墨烯上引入羟丙基‑β‑环糊精，提高了水凝胶的比表面积，石墨烯的多孔结构和环糊精的中空结构均可以作为吸附空间，同时加入羟丁基壳聚糖、羟基磷灰石、蒙脱土提高水凝胶对重金属离子的吸附性，本发明的水凝胶均一稳定，比表面积大，吸附效率高，可广泛应用于废水处理领域。

Description

一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料技术领域，具体涉及一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法。
背景技术
水凝胶是一种新型的功能高分子材料，具有三维网络结构，水溶性或亲水性的聚合物可通过化学方法或物理方法交联形成水凝胶。运用物理交联的方法可以在温和的条件下制备水凝胶，但物理交联水凝胶稳定性低、机械性能较差。氧化石墨烯是一种两亲性物质，其亲水亲油性依氧化程度而定。氧化石墨烯具有延伸的碳单原子层，层面和边缘上连接有大量羟基、羧基、环氧基等亲水基团，这些基团使得氧化石墨烯拥有与石墨烯不同的性质，也可以利用这些基团对氧化石墨烯继续进行功能化改性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1）取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2-5小时，得质量浓度2-8%的羧基化氧化石墨烯分散液；
2）向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A；
3）取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为2-7wt%，于30-40℃搅拌2-4小时，然后依次加入羟基磷灰石和蒙脱土，继续搅拌分散1-2小时，得混合液B；
4）将分散液A加入混合液B中，加入交联剂，于60-100℃下反应10-15小时得水凝胶。
具体地，所述步骤1）中的羧基化氧化石墨烯制备步骤如下：
1）取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度2-5%分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为30-50：1，搅拌条件下将混合溶液加热到60-80℃，保持其反应0.5-3小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
具体地，所述羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为20-35:5-12:10-15:10-20。
具体地，所述步骤3）中羟基磷灰石的加入量为羟丁基壳聚糖质量的3-5%，蒙脱土的加入量为羟丁基壳聚糖质量的1-4%。
具体地，所述步骤4）中的交联剂为戊二醛、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚中的一种，交联剂的加入量为羧基化氧化石墨烯质量的1-3%。
本发明具有以下有益效果：本发明在改性氧化石墨烯上引入羟丙基-β-环糊精，提高了水凝胶的比表面积，石墨烯的多孔结构和环糊精的中空结构均可以作为吸附空间，同时加入羟丁基壳聚糖、羟基磷灰石、蒙脱土提高水凝胶对重金属离子的吸附性，本发明的水凝胶均一稳定，比表面积大，吸附效率高，可广泛应用于废水处理领域。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度4%分散均匀的氧化石墨烯水溶液；将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯质量比为35：1，搅拌条件下将混合溶液加热到65℃，保持其反应0.5小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散4小时，得质量浓度8%的羧基化氧化石墨烯分散液，向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A。
取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为7wt%，于35℃搅拌4小时，然后依次加入占羟丁基壳聚糖质量3%的羟基磷灰石和4%的蒙脱土，继续搅拌分散1小时，得混合液B。羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为30:10:15:15。
将分散液A加入混合液B中，加入占羧基化氧化石墨烯质量2%的戊二醛，于80℃下反应12小时得水凝胶。
实施例2
取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度3%分散均匀的氧化石墨烯水溶液；将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯质量比为45：1，搅拌条件下将混合溶液加热到80℃，保持其反应3小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散5小时，得质量浓度6%的羧基化氧化石墨烯分散液，向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A。
取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为2wt%，于40℃搅拌3小时，然后依次加入占羟丁基壳聚糖质量5%的羟基磷灰石和3%的蒙脱土，继续搅拌分散2小时，得混合液B。羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为25:5:12:20。
将分散液A加入混合液B中，加入占羧基化氧化石墨烯质量3%的三聚磷酸钠，于100℃下反应10小时得水凝胶。
实施例3
取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度2%分散均匀的氧化石墨烯水溶液；将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯质量比为30：1，搅拌条件下将混合溶液加热到60℃，保持其反应2小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散3小时，得质量浓度5%的羧基化氧化石墨烯分散液，向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A。
取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为5wt%，于33℃搅拌2小时，然后依次加入占羟丁基壳聚糖质量4%的羟基磷灰石和2%的蒙脱土，继续搅拌分散1.5小时，得混合液B。羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为35: 12:13:10。
将分散液A加入混合液B中，加入占羧基化氧化石墨烯质量1%的环氧氯丙烷，于60℃下反应15小时得水凝胶。
实施例4
取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度5%分散均匀的氧化石墨烯水溶液；将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯质量比为50：1，搅拌条件下将混合溶液加热到70℃，保持其反应1小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2小时，得质量浓度2%的羧基化氧化石墨烯分散液，向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A。
取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为3wt%，于30℃搅拌4小时，然后依次加入占羟丁基壳聚糖质量4%的羟基磷灰石和1%的蒙脱土，继续搅拌分散1小时，得混合液B。羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为28:8:14:18。
将分散液A加入混合液B中，加入占羧基化氧化石墨烯质量2%的乙二醇二缩水甘油醚，于70℃下反应13小时得水凝胶。

Claims (5)

1.一种吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取羧基化氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散2-5小时，得质量浓度2-8％的羧基化氧化石墨烯分散液；
2)向羧基化氧化石墨烯分散液中逐滴滴加衣康酸，边加边搅拌，得均匀的分散液A；
3)取羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖加入去离子水中，羟丙基-β-环糊精浓度为2-7wt％，于30-40℃搅拌2-4小时，然后依次加入羟基磷灰石和蒙脱土，继续搅拌分散1-2小时，得混合液B；
4)将分散液A加入混合液B中，加入交联剂，于60-100℃下反应10-15小时得水凝胶。
2.如权利要求1所述的吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的羧基化氧化石墨烯制备步骤如下：
1)取氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，得到质量浓度2-5％分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2)将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为30-50：1，搅拌条件下将混合溶液加热到60-80℃，保持其反应0.5-3小时，冷却至室温后用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯。
3.如权利要求1所述的吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述羧基化氧化石墨烯、衣康酸、羟丙基-β-环糊精、羟丁基壳聚糖的质量比为20-35:5-12:10-15:10-20。
4.如权利要求1所述的吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中羟基磷灰石的加入量为羟丁基壳聚糖质量的3-5％，蒙脱土的加入量为羟丁基壳聚糖质量的1-4％。
5.如权利要求1所述的吸附性氧化石墨烯水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的交联剂为戊二醛、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚中的一种，交联剂的加入量为羧基化氧化石墨烯质量的1-3％。
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