本发明涉及一种新型染料吸附剂的制备方法。
背景技术：
高分子水凝胶是一类具有化学或物理交联结构、可吸收大量水分但不溶于水的高分子或大分子聚集体，它们在水中可保持一定形状和三维空间网络结构并迅速溶胀，因此也被称为“水材料”。高分子水凝胶同时兼具固体和液体双重性质：从宏观尺寸的角度来看，高分子水凝胶具有并保持一定的形状，从微观尺寸角度来看，高分子水凝胶具有三维网络结构，水溶性小分子可以在三维网络中自由扩散，且扩散系数与在水溶液中接近，所以它具有液体性质。从化学结构看，水凝胶主链或接枝侧链上含有亲水性基团如羧基、酰胺基、羟基等，它们可通过离子交换、氢键作用、范德华力、静电引力和疏水作用结合染料，从而达到吸附并除去的目的，而且高分子水凝胶合成成本较低，吸附量较高，可循环利用。
近年来，随着经济的发展，各种染料在食品、医药、印染和化妆品等领域的广泛使用。染料在生产和使用过程中释放到环境水域中，对环境造成了非常严重的污染，而且由于多数染料及染料中间体具有致癌、致畸、致突变作用，生物毒性大，稳定性强，难以降解，因此治理难度非常大。目前国内对染料吸附剂的研究主要有活性炭、树脂、生物吸附剂以及凝胶吸附剂等。活性炭孔隙发达、分布均匀、比表面积大、吸附效果好，但其经济成本高，重复利用性能弱等缺点，限制其应用市场的拓展；树脂是一种具有良好吸附性能的新型材料， 但其机理研究不完善，不同类型的树脂吸附性能不同，洗脱困难；生物吸附剂具有低成本、高效率、生物可降解性与环境友好性等优点，但生物吸附剂的研究进展一直缓步前进，其中的吸附机理并未明确，而且有效的生物吸附剂需要满足的条件很多，很难进行实际应用。相比之下，水凝胶吸附剂具有极大的比表面积、独特的空间互联结构、良好的生物相容性、较高的吸附容量等优点，在染料吸附方面具有良好的应用前景，是一类公认的环保材料。
技术实现要素：
本发明提供了一种新型染料吸附剂的制备方法，本发明方法的目的在于提供一种具有高吸附性、易于回收及良好生物降解性和生物相容性的水凝胶吸附剂。
本发明中一种新型染料吸附剂的制备方法，其步骤如下：(1)将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量5％-50％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在20-50℃下超声分散得到TiO2水溶液；(2)将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系；(3)在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量3-7.5倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为2：1-6:1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.5-2h，乳化剂转速为9000-15000rpm；(4)将用量为羟丙基纤维素质量1.5-5倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量9-18倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以2-6mL/min滴加速度加入到分散体系中，并以一定的速度进行机械搅拌反应进行时间为6-8h，反应温度为30-70℃，之后通过去离子水洗涤，放入透析袋在去离子水中透析一周左右得到水凝胶吸附剂。
步骤(2)中所述羟丙基纤维素与环糊精的质量比为1:1-6:1。
本发明方法制备的水凝胶主链或接枝侧链上含有亲水性基团，它们可通过离子交换、氢键作用、范德华力、静电引力和疏水作用结合染料，从而达到吸附并除去的目的。
本发明方法制备工艺简单，反应条件易于控制，其制备的水凝胶吸附剂具有极大的比表面积、独特的空间互联结构、良好的生物相容性和生物降解性、较高的吸附容量等优点，对染料的吸附量是同类吸附剂的5-10倍。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量5％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在20℃下超声分散0.5h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量4倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为4：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.5h，乳化机转速为10000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量2倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量10倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以3ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温35℃反应6h。反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为257mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为472mg/g。
实施例2：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量10％的金红石型纳米二氧化钛粉末加 入去离子水中，在25℃下超声分散0.8h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量5.5倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为4：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.8h，乳化机转速为10000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量3倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量12倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以4ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温45℃反应6h，反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为214mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为403mg/g。
实施例3：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量20％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在25℃下超声分散1h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量6.2倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为5：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为1.2h，乳化机转速为13000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量3.8倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量15倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚,以5ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温50℃反应7h，反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为167mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为318mg/g。
实施例4：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量50％的金红石型纳米二氧化钛粉末加 入去离子水中，在30℃下超声分散1.5h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量7.2倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为6：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为1.8h，乳化机转速为13000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量4.5倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量17倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以5.5ml/min滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温55℃反应8h，反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为73mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为136mg/g。
实施例5：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量5％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在35℃下超声分散0.5h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量4倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为4：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.5h，乳化机转速为10000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量2倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量10倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以3ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温35℃反应6h。反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。在pH＝3或pH＝11的条件下，该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为200-220mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为380-410mg/g。
实施例6：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量5％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在25℃下超声分散0.5h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量4倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为4：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.5h，乳化机转速为10000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量2倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量10倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以3ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温35℃反应6h。反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。在pH＝5或pH＝9的条件下，该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为280-290mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为530-550mg/g。
实施例7：
将质量为环糊精和羟丙基纤维素质量5％的金红石型纳米二氧化钛粉末加入去离子水中，在25℃下超声分散0.5h得到TiO2水溶液，将羟丙基纤维素、环糊精和氢氧化钾加入到TiO2水溶液中得到均相体系，在均相体系中加入用量为羟丙基纤维素质量4倍的乳化剂聚丙烯酸钠和与去离子水比为4：1的分散剂液体石蜡通过乳化机作用制得分散体系，其中乳化时间为0.5h，乳化机转速为10000rpm，将用量为羟丙基纤维素质量2倍的引发剂氢氧化钾和用量为羟丙基纤维素质量10倍的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，以3ml/min的滴加速度加入到分散体系中，并在机械搅拌作用下恒温35℃反应6h。反应结束后，进行洗涤、透析，透析一周左右得到水凝胶吸附剂。在pH＝7的条件下，该水凝胶吸附剂对罗丹明B的饱和吸附量为246mg/g，对亚甲基蓝的饱和吸附量为497mg/g。