CN111530433A - 一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料及其制法 - Google Patents

一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水凝胶吸附材料技术领域，且公开了一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，包括以下配方原料及组分：壳聚糖修饰纳米SiO2、交联剂、引发剂、甲基丙烯酸、丙烯酰胺。该一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，空心结构的多孔状纳米SiO2比表面积巨大，表面羟基含量丰富，提高了与3‑氨丙基三甲氧基硅烷的接枝率，再与壳聚糖的氨基通过交联反应得到壳聚糖修饰纳米SiO2，甲基丙烯酸和丙烯酰胺在聚合反应过程中，与壳聚糖交联形成复合水凝胶材料，实现纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶，聚丙烯酸水凝胶中含有大量的氨基、羧基和羟基基团，纳米SiO2具有丰富的孔隙结构和空心结构，赋予了水凝胶材料优异的吸附性能。

Description

一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料及其制法
技术领域
本发明涉及水凝胶吸附材料技术领域，具体为一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料及其制法。
背景技术
目前我国的水污染问题形势严峻，由水污染引起的缺水和事故不断发生，导致工厂停产和农业减产等恶性事件，造成了不良的社会影响和严重的经济损失，威胁了社会的可持续发展和人类的生存，水污染主要是由工业废水、生活污水和农业污水随意排放进自然水体环境中导致的，污染物主要有铜、镉等重金属离子、酸碱盐等无机污染物，以及烷烃化合物、芳香族化合物、卤化物等有机污染物，其中有机染料如亚甲基蓝、甲基橙、橙黄Ⅱ等毒性很大，降解困难、污染非常严重。
目前对于有机染料污染物的处理方法主要有物理吸附法、絮凝法、化学氧化还原法、光催化降解法等；物理吸附材料主要有活性炭、天然黏土、聚丙烯酰胺、碳分子筛等材料、其中聚丙烯酸基水凝胶材料具有优异的吸水性和保水性，并且提供调控聚合单体成分，可以赋予聚丙烯酸基水凝胶材料丰富的羟基、氨基、羧基等基团、可以与有机染料如甲基橙、罗丹明B等进行交联和络合作用，是一种发展潜力巨大的吸附材料，但是目前的聚丙烯酸基水凝胶材料的机械性能和力学强度很低，并且对甲基橙、罗丹明B等有机染料的吸附性能有限，很难高效率吸附有机染料污染物。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料及其制法，解决了的聚丙烯酸基水凝胶材料的机械性能和力学强度很低，同时解决了聚丙烯酸基水凝胶材料很难高效率吸附有机染料污染物的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，包括以下原料及组分：壳聚糖修饰纳米SiO2、交联剂、引发剂、甲基丙烯酸、丙烯酰胺。
优选的，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂为过硫酸铵，壳聚糖修饰纳米SiO2、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为2-10:6-10:15-25:100:40-80。
优选的，所述壳聚糖修饰纳米SiO2制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:4-6，加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，匀速搅拌反应4-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为3-8％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀1-2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5-10℃/min，升温至520-560℃，保温煅烧2-4h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为15-30:1，再加入多孔状纳米SiO2和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至30-60℃，匀速搅拌反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入质量分数为2-4％的醋酸溶液、壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入戊二醛，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50-80℃，匀速搅拌反应10-20h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2。
优选的，所述碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯的质量比为15-25:2-5:10。
优选的，所述多孔状纳米SiO2和3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量比为10-20:1。
优选的，所述壳聚糖、氨基化多孔纳米SiO2和戊二醛的质量比为2-4:1:6-10。
优选的，所述纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入质量分数为1-2％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至60-80℃，匀速搅拌反应30-60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，以十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂，碳酸氢镁作为模板剂，通过溶胶-凝胶法和相转移法，最后在二氧化碳的弱酸体系下进行刻蚀除去模板，制备得到具有空心结构的多孔状纳米SiO2，比表面积巨大，并且表面羟基含量丰富，可以提高与3-氨丙基三甲氧基硅烷的接枝率，在戊二醛的交联作用下，与壳聚糖的氨基通过交联反应得到壳聚糖修饰纳米SiO2，再以N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，甲基丙烯酸和丙烯酰胺在聚合反应过程中，与壳聚糖交联形成复合水凝胶材料，实现纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶，有效增强了水凝胶材料的拉伸强度和韧性等机械性能。
该一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，聚丙烯酸水凝胶分子链中含有大量的氨基和羧基基团，并且壳聚糖中含有丰富的氨基和羟基基团，可以和甲基橙和罗丹明B进行络合和交联反应，并且水凝胶基体中的纳米SiO2具有丰富的孔隙结构和空心结构，对污染物也具有良好的吸附量，在协同作用下，赋予了纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶优异的吸附性能。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，包括以下原料及组分：壳聚糖修饰纳米SiO2、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为2-10:6-10:15-25:100:40-80。
壳聚糖修饰纳米SiO2制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:4-6，加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为15-25:2-5:10，匀速搅拌反应4-10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为3-8％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀1-2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5-10℃/min，升温至520-560℃，保温煅烧2-4h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为15-30:1，再加入多孔状纳米SiO2和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10-20:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至30-60℃，匀速搅拌反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2。
(3)向反应瓶中加入质量分数为2-4％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为2-4:1:6-10，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50-80℃，匀速搅拌反应10-20h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2。
纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入质量分数为1-2％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至60-80℃，匀速搅拌反应30-60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料。
实施例1
(1)制备空心结构的多孔状纳米SiO2组分1：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:4，加入氨水调节溶液pH至8，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为15:2:10，匀速搅拌反应4h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为3％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀1h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至520℃，保温煅烧2h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2组分1。
(2)制备氨基化多孔纳米SiO2组分1：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为15:1，再加入多孔状纳米SiO2组分1和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至30℃，匀速搅拌反应2h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2组分1。
(3)制备壳聚糖修饰纳米SiO2组分1：向反应瓶中加入质量分数为2％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2组分1，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为2:1:6，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应10h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2组分1。
(4)制备纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料1：向反应瓶中加入质量分数为1％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2组分1，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应30min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h，控制壳聚糖修饰纳米SiO2组分1、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为2:6:15:100:40，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料1。
实施例2
(1)制备空心结构的多孔状纳米SiO2组分2：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:4，加入氨水调节溶液pH至9，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为18:2.5:10，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为5％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至560℃，保温煅烧2h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2组分2。
(2)制备氨基化多孔纳米SiO2组分2：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为30:1，再加入多孔状纳米SiO2组分2和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至30℃，匀速搅拌反应6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2组分2。
(3)制备壳聚糖修饰纳米SiO2组分2：向反应瓶中加入质量分数为4％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2组分2，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为2.5:1:7，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2组分2。
(4)制备纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料2：向反应瓶中加入质量分数为1％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2组分2，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至80℃，匀速搅拌反应60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h，控制壳聚糖修饰纳米SiO2组分2、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为4:7:17:100:50，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料2。
实施例3
(1)制备空心结构的多孔状纳米SiO2组分3：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:5，加入氨水调节溶液pH至9，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为20:3:10，匀速搅拌反应7h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为5％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀1.5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为8℃/min，升温至560℃，保温煅烧3h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2组分3。
(2)制备氨基化多孔纳米SiO2组分3：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为22:1，再加入多孔状纳米SiO2组分3和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为15:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至45℃，匀速搅拌反应4h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2组分3。
(3)制备壳聚糖修饰纳米SiO2组分3：向反应瓶中加入质量分数为3％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2组分3，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为3:1:8，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，匀速搅拌反应15h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2组分3。
(4)制备纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料3：向反应瓶中加入质量分数为2％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2组分3，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至70℃，匀速搅拌反应45min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应4h，控制壳聚糖修饰纳米SiO2组分3、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为6:8:20:100:55，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料3。
实施例4
(1)制备空心结构的多孔状纳米SiO2组分4：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:6，加入氨水调节溶液pH至10，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为23:4:10，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为6％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至560℃，保温煅烧2h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2组分4。
(2)制备氨基化多孔纳米SiO2组分4：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为30:1，再加入多孔状纳米SiO2组分4和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为10:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至30℃，匀速搅拌反应6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2组分4。
(3)制备壳聚糖修饰纳米SiO2组分4：向反应瓶中加入质量分数为3％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2组分4，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为3.5:1:9，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至80℃，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2组分4。
(4)制备纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料4：向反应瓶中加入质量分数为2％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2组分4，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2h，控制壳聚糖修饰纳米SiO2组分4、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为8:9:23:100:70，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料4。
实施例5
(1)制备空心结构的多孔状纳米SiO2组分5：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1:6，加入氨水调节溶液pH至10，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，三者质量比为25:5:10，匀速搅拌反应10h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固态产物，固态产物置于质量分数为8％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，匀速搅拌进行刻蚀2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物并充分干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为10℃/min，升温至560℃，保温煅烧4h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2组分5。
(2)制备氨基化多孔纳米SiO2组分5：向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为30:1，再加入多孔状纳米SiO2组分5和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，两者质量比为20:1，超声分散均匀后，置于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2组分5。
(3)制备壳聚糖修饰纳米SiO2组分5：向反应瓶中加入质量分数为4％的醋酸溶液，壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2组分5，超声分散均匀后加入戊二醛，壳三者质量比为4:1:10，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至80℃，匀速搅拌反应20h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2组分5。
(4)制备纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料5：向反应瓶中加入质量分数为2％的醋酸溶液，加入壳聚糖修饰纳米SiO2组分5，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，置于恒温水浴锅中，加热至80℃，匀速搅拌反应60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应6h，控制壳聚糖修饰纳米SiO2组分5、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、甲基丙烯酸、丙烯酰胺，质量比为10:10:25:100:80，将溶液过滤除去溶剂，固体产物使用蒸馏水进行透析过程，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料5。
Figure BDA0002487408630000101
Figure BDA0002487408630000111
综上所述，该一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，以十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂，碳酸氢镁作为模板剂，通过溶胶-凝胶法和相转移法，最后在二氧化碳的弱酸体系下进行刻蚀除去模板，制备得到具有空心结构的多孔状纳米SiO2，比表面积巨大，并且表面羟基含量丰富，可以提高与3-氨丙基三甲氧基硅烷的接枝率，在戊二醛的交联作用下，与壳聚糖的氨基通过交联反应得到壳聚糖修饰纳米SiO2，再以N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，甲基丙烯酸和丙烯酰胺在聚合反应过程中，与壳聚糖交联形成复合水凝胶材料，实现纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶，有效增强了水凝胶材料的拉伸强度和韧性等机械性能。
该一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，聚丙烯酸水凝胶分子链中含有大量的氨基和羧基基团，并且壳聚糖中含有丰富的氨基和羟基基团，可以和甲基橙和罗丹明B进行络合和交联反应，并且水凝胶基体中的纳米SiO2具有丰富的孔隙结构和空心结构，对污染物也具有良好的吸附量，在协同作用下，赋予了纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶优异的吸附性能。

Claims (7)

1.一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，包括以下原料及组分，其特征在于：壳聚糖修饰纳米SiO2、交联剂、引发剂、甲基丙烯酸、丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂为过硫酸铵，壳聚糖修饰纳米SiO2、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为2-10:6-10:15-25:100:40-80。
3.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述壳聚糖修饰纳米SiO2制备方法包括以下步骤：
(1)向体积比为1:4-6的蒸馏水和乙醇混合溶剂中，加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，反应4-10h，固态产物置于质量分数为3-8％的氯化铵溶液，在二氧化碳氛围下，进行刻蚀1-2h，除去溶剂、洗涤并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为5-10℃/min，升温至520-560℃，保温煅烧2-4h，制备得到空心结构的多孔状纳米SiO2；
(2)向体积比为15-30:1的蒸馏水和乙醇混合溶剂中加入多孔状纳米SiO2和硅烷偶联剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，超声分散均匀后，加热至30-60℃，反应2-6h，过滤、洗涤并干燥，制备得到氨基化多孔纳米SiO2；
(3)向质量分数为2-4％的醋酸溶液中加入壳聚糖和氨基化多孔纳米SiO2，超声分散均匀后加入戊二醛，加热至50-80℃，反应10-20h，除去溶剂、洗涤并干燥，制备得到壳聚糖修饰纳米SiO2。
4.根据权利要求3所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述碳酸氢镁、十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯的质量比为15-25:2-5:10。
5.根据权利要求3所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述多孔状纳米SiO2和3-氨丙基三甲氧基硅烷的质量比为10-20:1。
6.根据权利要求3所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述壳聚糖、氨基化多孔纳米SiO2和戊二醛的质量比为2-4:1:6-10。
7.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料，其特征在于：所述纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料制备方法包括以下步骤：
(1)向质量分数为1-2％的醋酸溶液中加入壳聚糖修饰纳米SiO2，超声分散均匀后加入甲基丙烯酸和丙烯酰胺，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，加热至60-80℃，反应30-60min，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，反应2-6h，过滤并透析，制备得到纳米SiO2原位增韧聚丙烯酸水凝胶吸附材料。
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