CN115739026B - 一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 - Google Patents
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115739026B CN115739026B CN202211252217.2A CN202211252217A CN115739026B CN 115739026 B CN115739026 B CN 115739026B CN 202211252217 A CN202211252217 A CN 202211252217A CN 115739026 B CN115739026 B CN 115739026B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerogel
- boron
- aqueous solution
- hydrogel
- meglumine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 95
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 53
- MBBZMMPHUWSWHV-BDVNFPICSA-N N-methylglucamine Chemical compound CNC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO MBBZMMPHUWSWHV-BDVNFPICSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 229960003194 meglumine Drugs 0.000 claims abstract description 51
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical group OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 64
- 239000002211 L-ascorbic acid Substances 0.000 claims description 32
- 235000000069 L-ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 32
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 abstract description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 19
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 18
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 18
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 18
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 18
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- LDDMACCNBZAMSG-BDVNFPICSA-N (2r,3r,4s,5r)-3,4,5,6-tetrahydroxy-2-(methylamino)hexanal Chemical compound CN[C@@H](C=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO LDDMACCNBZAMSG-BDVNFPICSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYSA-N Cyclopropane Chemical compound C1CC1 LVZWSLJZHVFIQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 2
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- 241000219109 Citrullus Species 0.000 description 1
- 235000012828 Citrullus lanatus var citroides Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002332 oil field water Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000007142 ring opening reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）向氧化石墨烯水溶液中，依次加入还原剂、碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，搅拌溶解，转移至水热反应釜中，反应后冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，冷冻干燥，得到气凝胶；（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至水热反应釜中，反应后冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，冷冻干燥。本发明制备的硼吸附气凝胶，具有钢筋混凝土结构，力学性能好，硼吸附性能优异。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用。
背景技术
硼是一种重要的稀有非金属元素，在地壳中的含量约为0.001% ，具有阻燃、耐热、耐磨和高强度等特性，被广泛应用于许多行业。随着硼的广泛应用，越来越多的含硼废物污染饮用水源，并导致一系列环境和人畜健康问题。人类和动物长期接触硼会导致中毒，来自灌溉水的硼浓度对作物的生长和产量有重要影响，当硼的含量略高于所需量时，它会变得有毒。过量硼会抑制光合作用和根细胞分裂，阻碍木质素和叶绿素的沉积，导致叶片上出现黄色斑点，果实减少，植株矮化甚至死亡。世界卫生组织（WHO）已将饮用水中的硼浓度限制在0.24 mg/L以下。据自然资源部的《中国矿产资源报告2017》，现在我国硼矿储有量为3901.71×104 t。
此外，对于硼资源供需而言，我国主要开发和利用的有变质型硼镁石矿和盐湖硼矿。我国西部地区盐湖卤水、油田水及深部地下卤水中储有大量的液体硼资源，具有重要研究价值和开发潜力。它的开发可以促进盐湖资源的综合利用和可持续发展。开发盐湖卤水提硼技术，寻找高效的盐湖卤水提硼方法，解决盐湖卤水中硼资源短缺问题，已成为人们关注和研究的重要领域。如何从含硼卤水中高效分离提取硼资源已成为未来硼产业的发展趋势。因此，研究开发和完善从水中高效分离硼的技术，具有十分重要的意义。
目前的提硼工艺有酸化结晶法、萃取法、沉淀法、离子交换法（吸附法）等。近年来，在这些方法中，吸附法具有工作条件简单，选择性高，可用于低硼浓度溶液，且吸附剂可循环使用，成本低等优点，十分高效，是一种非常有用和经济的方法。而改善吸附法的关键在于开发更加高效、环保、价廉的新型吸附材料。
对于吸附提硼而言，常见的硼吸附剂制备方法是将多元醇类物质固定在多孔材料中，主要是利用多羟基类物质基于硼酸与多元醇进行络合反应的机理进行吸附反应。然而，多孔材料的亲水性和葡甲胺的固定反应决定了最终吸附剂的吸附性能。一直以来，研究人员均采用先改性吸附剂基体（多孔材料）的亲水性，然后再有机溶剂的存在下，将葡甲胺和环氧氯丙烷反应。然而，由于葡甲胺难溶于有机溶剂，易溶于水，而环氧氯丙烷不溶于水，只能溶于有机溶剂，因此，上述方法在所制备的吸附剂中葡甲胺含量低且大部分均在多孔材料的表面，很难进入内部孔道，影响了吸附效果。所以，葡甲胺（功能基团）单位体积内负载量不足、负载不均匀从而影响吸附效果是该类吸附剂制备过程长期面临的问题，若能解决此类问题，将有重大意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明通过亲水性、功能性一步法制备硼吸附剂气凝胶，将葡甲胺键合到石墨烯/碳纳米管水凝胶中，亲水性能优异，硼吸附效果好。
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）向氧化石墨烯水溶液中，依次加入还原剂、碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，搅拌溶解，转移至水热反应釜中，在90-110℃反应8-16h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，冷冻干燥，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至水热反应釜中，在100-140℃下反应8-16h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，冷冻干燥，即可得到所述硼吸附剂气凝胶。
优选地，所述还原剂为L-抗坏血酸。
优选地，所述还原剂、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，所述葡甲胺与还原剂的质量比为（1-7）：1。
优选地，所述氧化石墨烯水溶液、碳纳米管水溶液的浓度均为3-5mg/L。
一种硼吸附气凝胶在水溶液中硼络合反应中的应用，所述气凝胶为通过所述制备方法制备得到的。
优选地，所述应用为采用所述气凝胶来吸附提取水相中的硼。
本发明的优点：
（1）本发明制备的硼吸附气凝胶，具有钢筋混凝土结构，其中，碳纳米管为支撑骨架，氧化石墨烯和葡甲胺为交联基体，L-抗坏血酸为还原剂；在水热反应过程中，氧化石墨烯片层堆叠在碳纳米管上，形成“钢筋混凝土”结构，进而改善了复合气凝胶的力学性能；
（2）采用一步水热合成法将葡甲胺加入气凝胶，在获得活性基团的同时，葡甲胺的加入大大改善了气凝胶的亲水性，葡甲胺进入气凝胶内部，且所述气凝胶具有多孔结构，比表面积大，硼吸附性能优异。
附图说明
图1应力-应变曲线；
图2 扫描电镜图片。
具体实施方式
实施例1
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为1：1，搅拌20min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃反应8h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃下反应8h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-1。
实施例2
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为2：1，搅拌20min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃反应8h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃下反应8h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-2。
实施例3
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为3：1，搅拌40min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在90℃反应8h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120℃下反应10h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-3。
实施例4
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为4：1，搅拌20min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在90℃反应12h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120℃下反应14h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-4。
实施例5
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为5：1，搅拌40min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在90℃反应14h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在140℃下反应10h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-5。
实施例6
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为6：1，搅拌60min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃反应8h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在130℃下反应15h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-6。
实施例7
一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为7：1，搅拌40min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃反应16h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在140℃下反应16h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-7。
对比例1
石墨烯/碳纳米管气凝胶的制备，具体如下：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃反应8h，冷却至室温，得到石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶，记为GM；
对比例2
葡甲胺/石墨烯/碳纳米管气凝胶的制备，具体如下：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为6：1，搅拌60min，溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃反应8h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶，记为NGM-6。
对比例3
一种先亲水性改性后功能化硼吸附剂气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照L-抗坏血酸、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，向200mL、3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，依次加入L-抗坏血酸、3 mg/mL碳纳米管水溶液，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃反应8h，冷却至室温，得到石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，然后放入冰箱中预冷冻，然后在-80℃下冷冻干燥24h，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶首先用其他重物压入装有10 mL KH-550的去离子水中，在50℃下反应10 h，然后取出用去离子水洗涤三次，在-80℃下冷冻干燥24h，得到亲水性石墨烯/碳纳米管气凝胶；
（4）将步骤（3）所得气凝胶完全浸没在DMF溶液中，先后加入环氧氯丙烷、葡甲胺，所述葡甲胺与L-抗坏血酸的质量比为6：1，所述环氧氯丙烷的质量与实施例6中的用量相等，搅拌60 min，转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在130℃下反应15h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，放入冰箱中预冷冻后在-80℃下冷冻干燥24h，即可得到所述硼吸附剂气凝胶，记为ECH@NGM-8。
对比例4
吸附剂为在《生物质三维网络碳气凝胶吸附剂对硼酸根及碘离子高选择性吸附及作用机制研究》文献中的吸附剂WKEN，作者首先基于废弃生物质（西瓜皮）经过碳化反应制备了一种气凝胶，然后采用KH-550对其亲水性进行了改性，最后将其浸泡在N,N-二甲基甲酰胺溶液（4 g 的环氯丙烷(EP)和 5 g N-甲基-D-葡萄糖胺(NMDG)）的溶液中50℃搅拌 5h。待反应结束，洗涤、干燥得到吸附剂WKEN。
性能检测
1. 硼吸附性能对比
为了探究所制备吸附剂的吸附性能差异，在最佳吸附条件下（硼酸初始浓度：700mg/L， pH = 10.11，吸附时间 90 min，吸附温度：25℃）下对所制备的吸附剂进行脱硼性能研究，结果见表1。
表1 最大吸附性能检测结果
| 吸附剂名称 | 最大吸附性能（mg/g） |
| ECH@NGM-1 | 12 |
| ECH@NGM-2 | 17 |
| ECH@NGM-3 | 28 |
| ECH@NGM-4 | 48 |
| ECH@NGM-5 | 62 |
| ECH@NGM-6 | 81.11 |
| ECH@NGM-7 | 81 |
| ECH@NGM-8 | 16 |
| GM | 0.08 |
| NGM-6 | 27 |
| WKEN | 6.2 |
2. 力学性能检测：
检测对比例1-2、实施例6的气凝胶的应力-应变曲线，结果见图1。
由图1可知，没有进行环氧氯丙烷改性的气凝胶NGM-6与不加入葡甲胺制备的气凝胶GM气凝胶相比，其力学性能有着很大的提升，说明，葡甲胺和气凝胶之间不仅仅是单纯的物理混合，而且具有一定的化学作用。但是，经过环氧氯丙烷的改性，本发明实施例6提供的气凝胶ECH@NGM-6的力学性能数有着大幅度的提升。
3. 扫描电镜
对比例1-2、实施例6、实施例6的气凝胶吸附硼后的气凝胶的扫描电镜图见图2，分别对应图2中的（a）、（b）、（c）、（d）。
由图2中（a）可知，完全没有葡甲胺加入时候的气凝胶GM，其微观结构松散且多孔，具有“钢筋混凝土”结构，石墨烯氧化物片由碳纳米管支撑；图2中（b）显示了在没有进行环氧氯丙烷改性得到的气凝胶NGM-6与GM气凝胶相比，“钢筋混凝土”结构骨架更明显，表面更粗糙，表明GO表面有一些粉末涂层，表明葡甲胺已成功附着到气凝胶内孔隙的表面；图2中（c）显示实施例6提供的吸附剂气凝胶ECH@NGM-6，“钢筋混凝土”结构在开环反应后保持良好状态；由图2中（d）可知，ECH@NGM在吸附硼后 “钢筋混凝土”结构骨架形态仍然良好，这有利于吸附剂的回收。
Claims (6)
1.一种硼吸附剂气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）向氧化石墨烯水溶液中，依次加入还原剂、碳纳米管水溶液，再向其中加入葡甲胺，搅拌溶解，转移至水热反应釜中，在90-110℃反应8-16h，冷却至室温，得到葡甲胺/石墨烯/碳纳米管水凝胶；
（2）将步骤（1）得到的水凝胶取出，用水洗涤，冷冻干燥，得到气凝胶；
（3）将步骤（2）得到的气凝胶浸没在环氧氯丙烷液体中，转移至水热反应釜中，在100-140℃下反应8-16h，冷却至室温，开釜，将体系中的环氧氯丙烷液体倾倒转移，得到的固体用DMF反复浸泡、淋洗，至淋洗液无色，然后再用去离子水浸泡、淋洗，得到水凝胶，冷冻干燥，即可得到所述硼吸附剂气凝胶。
2.根据权利要求1所述硼吸附气凝胶的制备方法，其特征在于：所述还原剂为L-抗坏血酸。
3.根据权利要求2所述硼吸附气凝胶的制备方法，其特征在于：所述还原剂、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为21：7：3，所述葡甲胺与还原剂的质量比为（1-7）：1。
4.根据权利要求1所述硼吸附气凝胶的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯水溶液、碳纳米管水溶液的浓度均为3-5mg/L。
5.一种硼吸附气凝胶在水溶液中硼络合反应中的应用，其特征在于：所述气凝胶为通过权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的。
6.根据权利要求5所述硼吸附气凝胶在水溶液中硼络合反应中的应用，其特征在于：所述应用为采用所述气凝胶来吸附提取水相中的硼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211252217.2A CN115739026B (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211252217.2A CN115739026B (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115739026A CN115739026A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115739026B true CN115739026B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=85351291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211252217.2A Active CN115739026B (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115739026B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101549280A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-10-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 含有多羟基官能团的硼选择性凝胶吸附剂及其制备和应用 |
| CN105642236A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-08 | 上海应用技术学院 | 一种去除水溶液中四环素的石墨烯碳纳米管复合吸附材料的制备方法 |
| KR20190087839A (ko) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 한국화학연구원 | 코어-쉘 구조를 가지는 보론 흡착용 수지 및 이의 제조방법 |
| CN113877550A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-04 | 青海大学 | 一种水相中硼元素的高分子吸附剂的制备方法 |
-
2022
- 2022-10-13 CN CN202211252217.2A patent/CN115739026B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101549280A (zh) * | 2009-04-08 | 2009-10-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 含有多羟基官能团的硼选择性凝胶吸附剂及其制备和应用 |
| CN105642236A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-08 | 上海应用技术学院 | 一种去除水溶液中四环素的石墨烯碳纳米管复合吸附材料的制备方法 |
| KR20190087839A (ko) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 한국화학연구원 | 코어-쉘 구조를 가지는 보론 흡착용 수지 및 이의 제조방법 |
| CN113877550A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-04 | 青海大学 | 一种水相中硼元素的高分子吸附剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Li Sun等.Adsorption of boron by CA@KH-550@EPH@NMDG (CKEN) with biomass carbonaceous aerogels as substrate.2018,第358卷第10-19页. * |
| Tolga Tas¸çı等.Boron removal from aqueous solutions by chitosan/ functionalized-SWCNT-COOH: Development of optimization study using response surface methodology and simulated annealing.2021,第288卷第132544篇. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115739026A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109499542B (zh) | 一种磁性水滑石修饰的改性生物炭复合材料的制备方法与应用 | |
| CN109364876A (zh) | 一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法 | |
| CN104084126B (zh) | 生物质基铁铝复合球形炭的制备方法 | |
| Wang et al. | Simple one-step synthesis of woven amidoximated natural material bamboo strips for uranium extraction from seawater | |
| CN102962033B (zh) | 一种同步回收废触媒中的氯化汞、金属盐和活性炭的方法 | |
| CN101757892A (zh) | 蔗渣活性炭/氧化铁的制备方法 | |
| CN101829545A (zh) | 一种利用蛋壳膜作为基体的重金属生物吸附剂及其制备方法 | |
| CN109651653A (zh) | 三维卡拉胶/海藻酸钠双网络结构凝胶球的制备方法 | |
| CN109317122A (zh) | 一种改性碱木质素及其制备方法和作为重金属离子捕捉剂的应用 | |
| CN108620022B (zh) | 一种碘离子吸附剂、其制备方法及应用 | |
| CN115254027B (zh) | 一种纤维型黏土/木质素碳多孔复合材料及制备方法和吸附应用 | |
| CN113070036A (zh) | 一种生物质基功能炭及其制备方法和在去除水体中微塑料的应用 | |
| CN115739026B (zh) | 一种硼吸附剂气凝胶的制备方法及其应用 | |
| CN113044837B (zh) | 一种磁性磷酸活化竹炭复合材料及其制备工艺 | |
| CN106582550A (zh) | 木质素黄原酸酯膨润土复合球及其制备方法 | |
| AU2020103503A4 (en) | Boric acid adsorbent material and preparation method | |
| Wang et al. | Amination-modified lignin recovery of aqueous phosphate for use as binary slow-release fertilizer | |
| CN106747641B (zh) | 一种利用牛粪制备泡沫混凝土用泡沫液和多孔陶瓷的方法 | |
| CN115608418A (zh) | 一种基于煤矸石的光催化协同吸附材料及其制备方法和应用 | |
| CN105274656A (zh) | 一种木质中孔活性炭原丝及纤维的制备方法 | |
| CN110013826B (zh) | 铝柱撑蒙脱石负载K-Nb或Mg-Nb复合吸附剂的制备方法和应用 | |
| CN106732365A (zh) | 一种霹雳果壳、松仁壳/木鱼石吸附剂及其制备方法 | |
| CN107803188B (zh) | 一种啉酮类抗生物附着提铀材料的制备方法 | |
| CN112642408A (zh) | MgO负载膨润土-海藻酸钠复合球的制备方法 | |
| CN105618008B (zh) | 一种生物复合膜材料及其制备和应用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |