一种用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物的制备方法与流程

1.本发明涉及一种用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物的制备方法。


背景技术：

2.壳聚糖(cts)是一种来源于虾、蟹壳的天然有机高分子多糖，具有良好的生物相容性，兼有高等动物组织中胶原质和高等植物组织中纤维素两者的生物功能，对动、植物都具有很好的适应性，与生物体的亲和性能体现在细胞水平上，产生抗原的可能性很小。壳聚糖具有抗炎、抑菌、促进创面修复等生物活性，并且通过多种途径起到止血作用。由壳聚糖制成的壳聚糖水凝胶具有低毒性、可生物降解等优点，在药物缓释材料、组织工程支架、医用敷料、印染废水处理等领域具有良好的应用前景。
3.目前使用壳聚糖水凝胶捕获和固定废水中的金属离子的方法较少，存在着一定的空白，不过现有的方法所使用的交联剂会大量消耗壳聚糖的活性基团，影响了其捕获效果，且力学强度较低，制备技术较复杂。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物的制备方法，其制得的水凝胶复合物具有较好的捕获金属离子能力和力学强度。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物的制备方法，包括以下步骤：
7.s1.将壳聚糖加入冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶；
8.s2.将丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置22
‑
26小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
9.s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中干燥5
‑
7小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
10.进一步地，本发明所述步骤s1中，冰醋酸水溶液的体积浓度为2％，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为(2
‑
3)g:(28
‑
32)ml:(4
‑
5)g:(27
‑
31)ml。丙烯酰胺作为一种粘合剂能提高水凝胶的韧性，使水凝胶容易定形。
11.进一步地，本发明所述步骤s2中，丝瓜络的规格为4cm
×
4cm
×
2cm。
12.进一步地，本发明所述步骤s2中，丝瓜络与步骤s1所得壳聚糖水凝胶的重量比为1:(16
‑
20)。
13.进一步地，本发明所述步骤s3中，干燥的温度为60℃。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15.1)丝瓜络是一种多层丝状纤维交织而成的网状物，体轻且质坚韧，经济易得，是支撑壳聚糖水凝胶较为理想的材料，本发明将丝瓜络加入壳聚糖水凝胶中制得水凝胶复合物，丝瓜络能起到支撑壳聚糖水凝胶的作用，从而提高水凝胶复合物的力学强度和吸附捕
获金属离子的能力。
16.2)本发明制备方法简单，避免了交联剂的不良影响，节省了制备成本，而且本发明使用的丝瓜络和壳聚糖均属于可循环再生的材料，能减少碳排放实现碳中和。
具体实施方式
17.下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
18.实施例1
19.按照以下步骤制备用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物：
20.s1.将壳聚糖加入体积浓度为2％的冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为2.205g:30ml:4.454g:29.4ml；
21.s2.以1:18的重量比将规格为4cm
×
4cm
×
2cm的丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置24小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
22.s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中60℃下干燥6小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
23.对比例
24.与实施例1不同的是缺少步骤s2和步骤s3。
25.实验例：
26.分别称取实施例1制得的水凝胶复合物以及对比例制得的壳聚糖水凝胶(二者所含有的壳聚糖水凝胶的重量相等)，然后分别浸泡于浓度为0.1m的硫酸铜溶液中，水凝胶复合物与硫酸铜溶液的体积比为3:5，每隔24h取样一次，利用火焰原子分光光度计测出硫酸铜溶液的铜离子浓度，浓度为0.1m的硫酸铜溶液中铜离子的起始浓度为2817.610mg/l。
27.测试结果如表1所示：
[0028] 实施例1对比例24小时后铜离子浓度(mg/l)2465.8282517.54048小时后铜离子浓度(mg/l)1891.9642019.70672小时后铜离子浓度(mg/l)1772.1871800.83996小时后铜离子浓度(mg/l)1729.1401731.796113小时后铜离子浓度(mg/l)1566.5971787.002
[0029]
表1
[0030]
由表1可看出，相比硫酸铜溶液中铜离子的起始浓度，本发明实施例1的铜离子浓度明显较低，说明本发明制得的水凝胶复合物具有较好的捕获金属离子的能力。对比例的部分步骤与实施例1不同，其制得的是未添加丝瓜络的壳聚糖水凝胶，对比例各个时间点的铜离子浓度均高于实施例1，说明本发明使用的丝瓜络能有效提高水凝胶复合物的捕获金属离子的能力。
[0031]
实施例2
[0032]
按照以下步骤制备用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物：
[0033]
s1.将壳聚糖加入体积浓度为2％的冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，
搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为2g:28ml:4g:29ml；
[0034]
s2.以1:16的重量比将规格为4cm
×
4cm
×
2cm的丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置22小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
[0035]
s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中60℃下干燥5小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
[0036]
实施例3
[0037]
按照以下步骤制备用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物：
[0038]
s1.将壳聚糖加入体积浓度为2％的冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为3g:32ml:5g:31ml；
[0039]
s2.以1:20的重量比将规格为4cm
×
4cm
×
2cm的丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置26小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
[0040]
s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中60℃下干燥7小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
[0041]
实施例4
[0042]
按照以下步骤制备用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物：
[0043]
s1.将壳聚糖加入体积浓度为2％的冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为2.5g:29ml:4.5g:28ml；
[0044]
s2.以1:19的重量比将规格为4cm
×
4cm
×
2cm的丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置25小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
[0045]
s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中60℃下干燥5.5小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
[0046]
实施例5
[0047]
按照以下步骤制备用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物：
[0048]
s1.将壳聚糖加入体积浓度为2％的冰醋酸水溶液中，然后加入丙烯酰胺、蒸馏水，搅拌至混合均匀得到壳聚糖水凝胶，壳聚糖、冰醋酸水溶液、丙烯酰胺、蒸馏水的比例为2.8g:31ml:4.8g:30ml；
[0049]
s2.以1:17的重量比将规格为4cm
×
4cm
×
2cm的丝瓜络浸渍于步骤s1所得壳聚糖水凝胶中，静置23小时得到丝瓜络壳聚糖水凝胶；
[0050]
s3.将步骤s2所得丝瓜络壳聚糖水凝胶置于真空干燥箱中60℃下干燥6.5小时，取出后降至室温得到用于捕获废水中金属离子的水凝胶复合物。
[0051]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。