一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法及应用，步骤如下：（1）将桃胶置于烧杯中，加入丙烯酸、过硫酸钾和去离子水进行溶胀；（2）将溶胀后的产物倒入反应釜中进行水热反应形成凝胶，之后取出冷却至室温，水洗后加入去离子水再次溶胀；（3）将步骤（2）溶胀后的材料进行冷冻结晶，之后冷冻干燥得到PG/PAA复合气凝胶。本发明专利技术利用了桃胶中大量的羟基和羧基结构特性和生物质基材低毒、易得、成本低的优点，以丙烯酸作为交联剂，采用水热法制备了水系PG/PAA复合气凝胶。制备过程中所用的溶剂均为去离子水，不仅降低了成本，而且不会对环境造成的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法及应用
本专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法及应用。
技术介绍
工业化和日益增加的消费导致工业来源污染程度的增加，对生态系统造成潜在威胁。其中，重金属离子造成的水污染是大多数国家密切关注的热点之一。镉(Cd)，铬(Cr)、铜(Cu)、铅(Pb)、镍(Ni)和钴(Co)等都是工业污染中最常见的重金属污染物，其主要来源包括矿物加工、皮革、制革厂、金属电镀、钢铁生产和杀虫剂等。重金属离子通过不同的途径轻松进入食物链，并在其生命周期中逐渐积累，产生渐进的毒性作用，可能会导致骨质退化、肝脏和肺脏甚至血液的损害等。因此重金属的去除备受关注，采取一定的措施对排入环境的废水进行处理是十分有必要的。目前重金属离子去除的方法有化学沉淀法、生物处理法、离子交换法、吸附法和过滤法等。在各种处理废水的方法中，吸附法因为具有快速、选择性高和高效的特点，在去除废水中重金属方面有着广阔的应用前景，引起了众多研究者的兴趣。桃树胶多糖(Peachgum多糖，PG)是一种天然酸性杂多醣，是桃树树干和果实因受到机械或生理损伤而产生的，PG具有高度支化的大分子结构，一般由阿拉伯糖、半乳糖、糖醛酸、木糖和甘露糖组成。到目前为止，PG在食品工业中如药物、吸附剂、传感器、荧光材料等方面显示出了广阔的应用前景。由于PG中含有大量的羟基和羧基，基于PG的气凝胶有望表现出较好的螯合或吸附金属离子的性能。此外，桃胶原料在世界上许多地区都很丰富，因此制备桃胶的成本较低，且容易获得。>
技术实现思路
本专利技术提出了一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法及应用，采用桃胶做为生物质基材，AA为原料，采用水热原位聚合的方法制备了PG-/PAA复合气凝胶。实现本专利技术的技术方案是：一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法，步骤如下：（1）将桃胶置于烧杯中，加入丙烯酸、过硫酸钾和去离子水进行溶胀；（2）将溶胀后的产物倒入反应釜中进行水热反应形成凝胶，之后取出冷却至室温，水洗后加入去离子水再次溶胀；（3）将步骤（2）溶胀后的材料进行冷冻结晶，之后冷冻干燥得到PG/PAA复合气凝胶。步骤（1）中桃胶、丙烯酸、过硫酸钾和去离子水的质量比为1:1:0.1:5。步骤（2）中水热反应温度为80-100℃，时间为8-12h，再次溶胀时间为24-36h。步骤（3）中冷冻结晶的温度为-18℃~-20℃，时间为12h-24h，冷冻干燥温度为-45℃~-55℃，时间为1h-36h。制备的PG/PAA复合气凝胶在吸附重金属离子中的应用。所述重金属离子溶液浓度为300mg/L，每40mL溶液中加入20mgPG/PAA复合气凝胶。所述重金属离子溶液的pH为2.0-7.0。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用了桃胶中大量的羟基和羧基结构特性和生物质基材低毒、易得、成本低的优点，以丙烯酸作为交联剂，采用水热法制备了水系PG/PAA复合气凝胶。制备过程中所用的溶剂均为去离子水，不仅降低了成本，而且不会对环境造成的污染。采用桃胶作为生物基材，制备的PG/PAA复合气凝胶对重金属离子有良好的吸附性能归因于复合气凝胶的多孔结构为吸附重金属离子提供了大量的吸附位点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术PG/PAA复合气凝胶的SEM图。图2为PG、PG/PAA复合气凝胶的XRD图。图3为PG、PG/PAA复合气凝胶的FT-IR图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例气凝胶的制备方法如下：（1）凝胶的制备：取1.0g左右桃胶置于烧杯中，加入1.0g丙烯酸（AA），0.1g过硫酸钾和5.0mL去离子水，溶胀24h以上，溶胀结束后，将反应物倒入以聚四氟乙烯为内衬的反应釜当中，再加入5mL去离子水，混合溶液在80-100℃下进行水热反应加热8小时后形成凝胶。（3）气凝胶的制备：将凝胶取出，在空气中冷却至室温，然后对凝胶进行水洗，去除里面未反应完的AA，用去离子水洗涤2-3次，然后向凝胶里面加入适量水进行溶胀30h以上。溶胀结束后转移至冰箱冷冻层-18℃~-20℃冷冻结晶，时间为24h，从冷冻层去除在冷冻干燥机中-45℃~-55℃冷冻干燥1h-36h以上，取出获得PG/PAA复合气凝胶。实验结果：图1为PG/PAA复合气凝胶的SEM图，其中（a）×80000，（b）×50000，（c）×30000。图1显示制备的复合气凝胶表面比较粗糙，在复合物样品内部存在均匀的多孔结构。我们推测桃胶上的官能团（-OH）与聚丙烯酸上-COOH发生交联作用，且多孔结构是桃胶和聚丙烯酸聚合物组成，PG/PAA的多孔结构增大了复合气凝胶的比表面积，提供了更多的吸附位点，在一定程度上提升了复合气凝胶对重金属离子的吸附性。图2为PG/PAA复合气凝胶的XRD图，PG/PAA复合气凝胶是属于聚合物材料，在XRD图谱上没有晶体衍射峰，但是在2θ=20°左右存在非晶弥散峰，符合非晶特征。图3为PG/PAA的FT-IR图谱，波数为3466cm-1和1035cm-1的处的吸收峰分别与O-H振动和C-O振动有关，复合气凝胶在波数为1729cm-1出现吸收峰，判断为C=O伸缩振动峰。通过对红外光谱图和XRD图谱进行分析，可以推测PG/PAA复合气凝胶被成功制备。吸附实验结果显示PG/PAA复合气凝胶对重金属离子（Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+、Co2+）有良好的吸附性能，在pH为5左右，吸附时间8h，20mg吸附剂，300mg/L的重金属离子溶液浓度下对Pb2+吸附量达到246.86mg/g，对Cd2+吸附量达到121.62mg/g，对Ni2+吸附量达到151.33mg/g，对Cu2+吸附量达到136.38mg/g，对Co2+吸附量达到158.19mg/g。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：/n（1）将桃胶置于烧杯中，加入丙烯酸、过硫酸钾和去离子水进行溶胀；/n（2）将溶胀后的产物倒入反应釜中进行水热反应形成凝胶，之后取出冷却至室温，水洗后加入去离子水再次溶胀；/n（3）将步骤（2）溶胀后的材料进行冷冻结晶，之后冷冻干燥得到PG/PAA复合气凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种PG/PAA复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将桃胶置于烧杯中，加入丙烯酸、过硫酸钾和去离子水进行溶胀；
（2）将溶胀后的产物倒入反应釜中进行水热反应形成凝胶，之后取出冷却至室温，水洗后加入去离子水再次溶胀；
（3）将步骤（2）溶胀后的材料进行冷冻结晶，之后冷冻干燥得到PG/PAA复合气凝胶。


2.根据权利要求1所述的PG/PAA复合气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中桃胶、丙烯酸、过硫酸钾和去离子水的质量比为1:1:0.1:5。


3.根据权利要求1所述的PG/PAA复合气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中水热反应温度为80-100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志军，潘志恒，杨清香，赵俊红，谢云鹏，王青青，王芳草，王聪，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41