CN110498473A - 一种去除水中有机污染物的方法 - Google Patents

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位强
秦学友
陈文杰
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张益霖
王生杰
夏永清
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种去除水中有机污染物的方法，属于环境保护技术领域。其将氧化石墨烯(GO)与聚(N‑异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)以一定比例混合制备了一种GO/PNIPAM复合的温度响应性水凝胶。将水凝胶加入到有机污染物超标的污水中，可通过直接升温的形式调控体系分相形成水相和凝胶相。当水凝胶体系分相时，吸附了大量有机污染物的GO被包裹固定在凝胶相中，通过简单的过滤法可将污水中的有机污染物去除。

Description

一种去除水中有机污染物的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种去除水中有机污染物的方法。将制备的复合水凝胶与含有有机污染物的污水同比例混合，利用GO和PNIPAM的吸附性与温度敏感性，通过控制体系温度可以调控体系分相形成水相和高度凝缩的凝胶相，吸附有大量有机污染物的氧化石墨烯片层被固定在高度凝缩的凝胶相中，通过简单的两相分离实现有机污染物的去除。
背景技术
据研究调查，水中的有机污染物中含量最大、来源途径最广的是人工合成的有机污染物，主要来源是印刷工业、化工企业、石油开采加工业、冶炼制造业以及食品加工业等多个行业。
目前，水体有机污染物的处理方法主要分为物理法、生物法和化学法三大类。根据各类污染物的性质，应运而生了不同的处理技术，每一种处理技术都有一些优点和缺点，其中吸附法由于操作简便、产生的污泥少、成本较低等诸多优点，是对环境最为友好的一种水体污染物处理方法，也是科学家研究的最为热门的一种污水处理方法。
智能水凝胶是生物材料领域一个新的研究热点。其中，对外界温度刺激产生响应的水凝胶，被称为温度敏感性水凝胶(简称温敏水凝胶)。温敏水凝胶中含有一定比例的亲水基团和疏水基团，温度的变化可以影响这些基团的疏水相互作用以及氢键作用，从而使凝胶的网络结构改变，导致水凝胶发生相转变，这一研究现象对环境保护技术领域有非常高的研究价值。
氧化石墨烯(GO)作为潜在的有机污染物的吸附剂受到了广泛的关注，因为它们具有独特的共轭二维结构、π-π堆积相互作用以及表面带有大量的含氧官能团(羧基、羟基)表现出对各种有机污染物分子优异的吸附能力。但正是有了这些含氧官能团，氧化石墨烯(GO)在水中表现出很强的分散性，使得吸附了有机污染物的GO片材很难与水环境分离。因此我们使用了GO/PNIPAM复合水凝胶作为污水处理的有效吸附剂。通过富含酰胺键的PNIPAM和GO之间的氢键和疏水相互作用获得GO/PNIPAM复合水凝胶，利用GO的优良吸附性与PNIPAM的温度敏感性，在大于32℃的情况下，GO/PNIPAM复合水凝胶形成块状固体凝胶，方便吸附了有机污染物的GO片层与水的分离，从而实现污水中有机污染物的去除，提供了一种去除水中有机污染物的新方法。
发明内容
本发明涉及了一种去除水中有机污染物的方法，具体包括以下步骤：
(1)将PNIPAM和GO以一定比例溶于超纯水中，涡旋超声，使PNIPAM与GO混合均匀，静置一段时间，得GO/PNIPAM复合水凝胶；
(2)将含有有机物的污水与GO/PNIPAM复合水凝胶按一定比例混合，优化其pH、吸附时间等一系列条件；
(3)升高温度，体系分相形成水相和凝胶相，被吸附的污染物被包裹在凝胶相中，通过固液分离达到污水处理的目的。
优选地，所述步骤(2)中，含有有机物的污水与GO/PNIPAM复合水凝胶的比例为1：1。
优选地，步骤(2)中，优化的pH范围为3-11。
优选地，步骤(2)中，优化的吸附时间为0-24h。
优选地，步骤(3)中，反应温度为32-80℃。
优选地，步骤(3)中，反应时间为5-10min。
本发明涉及的一种去除水中有机污染物的方法用于去除水中有机污染物，具有较高的去除效率。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)复合水凝胶体系与有机污染物污水溶液充分接触，氧化石墨烯发挥吸附作用，吸附污水中的污染物，具有较高的吸附效率；(2)本发明使用的吸附材料是一种高效节能、安全无毒、原料易得的吸附材料；(3)本发明方法去除水中有机污染物工艺简单、操作性强、效率较高、对环境友好。
附图说明
图1为本发明实施例1中罗丹明B的标准曲线。
图2为本发明实施例1中在不同pH条件下0.5mg/ml GO+40mg/ml PNIPAM复合水凝胶对罗丹明B的吸附情况。
图3为本发明实施例1中GO/PNIPAM复合水凝胶透射电子显微镜表征图。
图4为本发明实施例1中GO/PNIPAM复合水凝胶吸附罗丹明B升温前后的照片。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)配制50.0mg/L的罗丹明B标准储备液。
(2)罗丹明B标准曲线的绘制：配制浓度为0、1、2、4、6、10、12、15、25mg/L的罗丹明B的标准溶液，利用紫外分光光度计测量其在554nm处的吸光度，并作标准曲线(如图1示)。
(3)称取40mg的PNIPAM溶于1ml超纯水中，利用超声波清洗机超声5min使得PNIPAM完全溶解。取0.25ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯分散液(GO)溶于PNIPAM溶液中，利用超声波清洗机超声5min，使GO充分分散均匀，静置12h以上得到GO/PNIPAM复合水凝胶。
(4)将步骤(1)、(3)所述的50.0mg/L的罗丹明B储备液、GO/PNIPAM复合水凝胶充分混合，调节pH＝4，再将体系升温到40℃左右，即形成固体凝胶。
(5)将步骤(4)所得产物经行过滤，滤去固相胶块得液相溶液。
(6)将步骤(5)所得溶液在波长554nm下测其吸光度，根据标准曲线查其浓度。经过检测，在罗丹明B浓度为50mg/L时，利用GO/PNIPAM复合水凝胶吸附后，水中罗丹明B浓度减少为1.171mg/L，吸附效率达97.658％。
实施例2:
(1)配制50.0mg/L的亚甲基蓝标准储备液。
(2)亚甲基蓝标准曲线的绘制：配制浓度为0、1、2、3、6、8、10mg/L的亚甲基蓝的标准溶液，利用紫外分光光度计测量其在664nm处的吸光度，并作标准曲线。
(3)称取40mg的PNIPAM溶于1ml超纯水中，利用超声波清洗机超声5min，使得PNIPAM完全溶解。取0.25ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯分散液(GO)溶于PNIPAM溶液中，利用超声波清洗机超声5min，使GO充分分散均匀，静置12h以上得到GO/PNIPAM复合水凝胶。
(4)将步骤(1)、(3)所述的50.0mg/L的亚甲基蓝储备液与GO/PNIPAM
复合水凝胶充分混合，调节pH＝4，再将体系升温到40℃左右，即形成固体凝胶。
(5)将步骤(4)所得产物经行过滤，滤去固相胶块得液相溶液。
(6)将步骤(5)所得溶液在波长664nm下测其吸光度，根据标准曲线查其浓度。经过检测，在亚甲基蓝浓度为50mg/L时，利用GO/PNIPAM复合水凝胶吸附后，水中亚甲基蓝浓度减少为1.475mg/L，吸附效率达97.05％。
实施例3:
(1)配制50.0mg/L的孔雀石绿标准储备液。
(2)孔雀石绿标准曲线的绘制：配制浓度为0、1、2.5、5、7.5、10mg/L的孔雀石绿的标准溶液，利用紫外分光光度计测量其在619nm处的吸光度，并作标准曲线。
(3)称取40mg的PNIPAM溶于1ml超纯水中，利用超声波清洗机超声5min，使得PNIPAM完全溶解。取0.25ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯分散液(GO)溶于PNIPAM溶液中，利用超声波清洗机超声5min，使GO充分分散均匀，静置12h以上得到GO/PNIPAM复合水凝胶。
(4)将步骤(1)、(3)所述的50.0mg/L的孔雀石绿储备液与GO/PNIPAM复合水凝胶充分混合，调节pH＝4，再将体系升温到40℃左右，即形成固体凝胶。
(5)将步骤(4)所得产物经行过滤，滤去固相胶块得液相溶液。
(6)将步骤(5)所得溶液在波长619nm下测其吸光度，根据标准曲线查其浓度。经过检测，在孔雀石绿浓度为50mg/L时，利用GO/PNIPAM复合水凝胶吸附后，水中孔雀石绿浓度减少为0.9879mg/L，吸附效率达98.0242％。

Claims (6)

1.一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将GO和PNIPAM以一定比例溶于超纯水中，涡旋超声，使GO与PNIPAM混合均匀，静置一段时间，得GO/PNIPAM复合水凝胶；
(2)将含有有机物的污水与GO/PNIPAM复合水凝胶按一定比例混合，优化其pH、吸附时间等条件；
(3)升高温度，体系分相形成水相和凝胶相，被吸附的污染物被包裹在凝胶相中，通过固液分离达到污水处理的目的。
2.根据权利要求1所述的一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，含有有机物的污水与GO/PNIPAM复合水凝胶的比例为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，优化的pH范围为3-11。
4.根据权利要求1所述的一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，优化的吸附时间为0-24h。
5.根据权利要求1所述的一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，反应温度为32-80℃。
6.根据权利要求1所述的一种去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，反应时间为5-10min。
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沈阳等: ""PNIPAM/GO复合水凝胶用于去除污水中的重金属离子及有机污染物"", 《中国化学会.中国化学会第十七届全国胶体与界面化学学术会议论文（摘要）集（第三卷）》 *

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