一种磷酸化微晶纤维素-改性二硫化钼气凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磷酸化微晶纤维素

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气凝胶材料合成
，更具体地，涉及一种磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着染料行业的快速发展，染料废水的排放日益增多。染料废水具有色度大、毒性大、难降解等特点，将其排放到环境中会降低水体透明度，对水生生态系统及周围环境造成巨大的影响，同时染料废水中含有的大量有毒物质，会危害人体的健康。因此，为保护生态系统和人类健康，如何快速高效地去除染料废水中的有害物质为当前急需解决的问题，具有重要的理论意义和社会现实意义。目前，对于染料废水的处理方法主要有吸附法、生物降解法、光催化法、高级氧化法等，其中，吸附法具有操作简单、成本低、效率高、环保可回收、经济实用的特点在染料废水中得以广泛应用。纤维素因可再生、易降解等优势，在吸附领域被广泛运用，纤维素可以通过制备凝胶材料来进行污染物的吸附，但存在着吸附量不高的问题。
[0003]二硫化钼(MoS2)是一种二维过渡金属二硫化物(TMD)，具有S
‑
Mo
‑
S三明治式的层状结构，层与层之间依靠弱的范德华力相连，同时具有表面积大、吸附性能强和稳定性高的特点，因此在环境吸附方面具有很好的应用前景。但二硫化钼纳米粉末在水处理中存在难回收的问题，因此，如何实现二硫化钼的固定化成为一个难题。
[0004]现有技术公开了一种交联纤维素@二硫化钼气凝胶复合吸附剂的制备方法，以交联纤维素气凝胶为载体，通过预混合
‑
交联固定
‑
冷冻致孔的方法将二硫化钼纳米颗粒直接掺杂至纤维素悬浮液中，然后通过加入交联剂使纤维素形成三维网状结构固定二硫化钼颗粒。现有技术中，通过采用NaOH/H2O/尿素的体系溶解纤维素，将其与二硫化钼结合制备气凝胶材料，以实现二硫化钼的固定化。但该技术中的NaOH/H2O/尿素体系影响二硫化钼固定的稳定性，且所用交联剂环氧氯丙烷易挥发，对环境有危害性。此外，现有技术的低温操作条件及强碱性环境限制了其更进一步的应用。
[0005]因此，亟需开发一种环保简便的纤维素
‑
二硫化钼气凝胶材料的制备方法，能够将二硫化钼稳定固定在纤维素上，制备吸附能力高、绿色环保、可循环利用的纤维素
‑
二硫化钼气凝胶材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的是为了克服现有技术中纤维素
‑
二硫化钼气凝胶材料吸附性能较弱、二硫化钼固定不稳定、交联剂不环保等不足，提供了一种磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法。该制备方法利用离子液体(IL)溶解磷酸化的微晶纤维素，在此基础上掺杂改性二硫化钼；通过聚乙烯亚胺的交联作用形成纤维素
‑
二硫化钼水凝胶，实现了二硫化钼的稳定固定化，最后通过冷冻干燥，制备得到磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫
化钼气凝胶材料。
[0007]本专利技术的进一步目的是提供一种上述方法制备得到的磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料，该气凝胶材料有利于对染料废水中有机物的吸附，且具有吸附能力高，绿色环保，可循环利用的特点。
[0008]本专利技术的第三个目的是提供一种上述磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料在染料废水吸附中的应用。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1.将磷酸化纤维素和二硫化钼纳米片加入到离子液体中混合得到混合物；
[0012]S2.加入交联剂聚乙烯亚胺反应得到水凝胶，除杂后经冷冻干燥得到磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料。
[0013]本专利技术利用离子液体溶解磷酸化的微晶纤维素，在此基础上掺杂二硫化钼纳米片，超声搅拌，混合均匀，离子液体可以在溶解磷酸化纤维素的同时不破坏体系中二硫化钼纳米片的结构。将所得的混合液中加入聚乙烯亚胺继续搅拌反应，随后混合液凝固再生制备得到水凝胶，用去离子水浸泡去除水凝胶中的杂质，冷冻干燥得到磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料。聚乙烯亚胺(PEI)是一种生物相容性的高分子聚合物，具有较高的反应活性，分子中含有大量伯胺、仲胺和叔胺基，有利于提高材料的亲水性以及吸附能力，其作为交联剂还可以形成一个错综复杂的凝胶网络，提高材料的稳定性。聚乙烯亚胺不仅可以与磷酸化纤维素的磷酸基团通过酸碱作用结合起来，同时还可以通过静电自组装的作用与二硫化钼纳米片结合，使二硫化钼纳米片均匀地分散在磷酸化纤维素溶液中，减少了二硫化钼的沉淀以及颗粒间的团聚作用，提高了二硫化钼的稳定性以及亲水性，实现了二硫化钼的稳定固定化，提高水凝胶的抗溶胀性能，冷冻干燥后得到的气凝胶材料疏松多孔，利于污染物的吸附。本专利技术采用聚乙烯亚胺替换了易挥发且对环境有危害的交联剂环氧氯丙烷，且环氧氯丙烷在气凝胶材料中仅起到交联剂的交联作用，而聚乙烯亚胺还能引入对吸附有利的氨基基团，提高气凝胶材料的吸附性能，体现了聚乙烯亚胺作为交联剂的多功能性。
[0014]本专利技术上述方法制备得到的磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料，有利于对染料废水中有机物的吸附，具有吸附能力高，绿色环保，可循环利用的特点，且可以根据不同的工况调整形状，具有良好的环境适应性。
[0015]进一步地，步骤S1所述混合物中磷酸化纤维素的质量含量为2～5％。
[0016]磷酸化纤维素的添加量过少时，溶液中纤维素分子链不发生缠结，制备得到的凝胶强度弱；磷酸化纤维素的添加量过多时，凝胶体系的粘度大，不利于二硫化钼纳米片的分散以及交联。
[0017]进一步地，磷酸化纤维素、二硫化钼纳米片与聚乙烯亚胺的质量比为(1～3)：(1～2)：(2～4)。
[0018]二硫化钼纳米片的添加量过少时，其在气凝胶材料的单位占有量少，气凝胶材料的力学性能弱；二硫化钼纳米片的添加量过多时，在体系内难以分散，出现颗粒间的团聚现象。
[0019]聚乙烯亚胺添加量过少时，形成的凝胶网络不牢固，且对于二硫化钼的固定化有
影响；聚乙烯亚胺添加量多，由于聚乙烯亚胺的分子量大，会占据一定的空间位置，存在空间位阻问题。
[0020]优选地，磷酸化纤维素、二硫化钼纳米片与聚乙烯亚胺的质量比为2：(1～1.5)：(2～3.5)。
[0021]该配比下二硫化钼纳米片可以均匀地分散在磷酸化纤维素的溶液中，且加入聚乙烯亚胺交联后，整个体系形成了稳定的凝胶网络，三者之间不存在着空间位阻的问题。
[0022]进一步地，步骤S1所述离子液体包括1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐、1
‑
丁基
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将磷酸化纤维素和二硫化钼纳米片加入到离子液体中混合得到混合物；S2.加入交联剂聚乙烯亚胺反应得到水凝胶，除杂后经冷冻干燥得到磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料。2.根据权利要求1所述的磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述混合物中磷酸化纤维素的质量含量为2～5％。3.根据权利要求1所述的磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述磷酸化纤维素、二硫化钼纳米片与聚乙烯亚胺的质量比为(1～3)：(1～2)：(2～4)。4.根据权利要求1所述的磷酸化微晶纤维素
‑
改性二硫化钼气凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述离子液体包括1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐中的一种。5.根据权利要求1所述磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴康，李伟锦，唐涛，邵巧玲，林楚彬，霍俊杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：