一种海藻酸钠凝胶球的制备方法与流程

本发明涉及一种海藻酸钠凝胶球的制备方法，具体为利用海藻酸钠和氯化钙制备出的吸附材料的方法，应用于吸附处理等领域，属于环境科学技术领域。

背景技术：

水是生命之源，水污染对人类健康造成很大危害。近年来，随着我国经济社会的快速发展，对水资源的需求量也与日俱增，由此引发的水环境问题日益突出。无论是人口规模还是工业规模同比均呈现出继续增长趋势，生活和工业排放物的快速增加也加重了水污染，导致水环境承载力下降。水环境管理与水污染之间存在着十分紧密联系，由于水环境管理效率较低，成为水污染的重要原因之一。水处理方法有混凝法、中和法、氧化还原法、离子交换法以及吸附法等.吸附法因不会引入新的污染物、操作方法简单、低成本、高效率而倍受关注，被认为是水处理中最为经济有效的水处理方法之一。

固定微生物处理有机废水可以解决传统的悬浮生物处理法中微生物难以与水体分离、不易收获、污泥量大、易引起二次污染、对环境变化敏感等问题。微生物固定化常用方法主要有吸附固定法、交联固定法、包埋固定法三类。海藻酸钠是最常用的包埋固定化载体。因此，海藻酸钠也具有极高的研究价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种海藻酸钠凝胶球的制备方法。本发明利用海藻酸钠易成凝胶的包埋性、可生物降解等性能，制备出了本发明成本低廉，安全无毒，吸附性能和机械性能好的材料做吸附剂，且采用的原料少，仅海藻酸钠，无需其他原料加入即可制备得到吸附性能优异的凝胶球。

本发明的技术原理如下：海藻酸钠表面含有大量的羟基，和钙离子接触可发生置换反应形成不溶于水的海藻酸钙凝胶。海藻酸钠单独与钙离子形成的凝胶球，其具有热不可逆性，凝胶性能不受温度影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种海藻酸钠凝胶球的制备方法，包括以下步骤：

a、将海藻酸钠与去离子水混合，搅拌均匀得海藻酸钠溶液；

b、将海藻酸钠滴入含ca²⁺溶液中浸泡，得粗凝胶球；

c、将粗凝胶球用去离子水浸泡，然后冲洗得水凝胶；

d、将水凝胶冷冻干燥后即得所述海藻酸钠凝胶球。

优选地，步骤a中，所述海藻酸钠与去离子水的固液比为0.5～3g/100ml。

优选地，步骤a中，所述搅拌的转速为500-1000r/min，搅拌时间为4-8h。

优选地，步骤b中，所述含ca²⁺溶液为氯化钙溶液，质量浓度为10-50g/l。

优选地，步骤b中，所述浸泡时间为4-8h，浸泡温度为20-30℃。

优选地，步骤c中，所述浸泡时间为6-14h，浸泡温度为20-30℃。

优选地，步骤c中，所述冷冻干燥的条件为：-50～-70℃真空干燥48-60h。本发明通过冷冻干燥将步骤c得到的水凝胶转化为了气凝胶，从而更利于保存及运输，且机械性能更好。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)所用原料安全低毒，来源广，价格低廉。原料反应效率高，复合绿色化学的要求。

(2)制备过程时不产生对环境有污染的副产物，制备工艺简单可行，条件易控，成本低廉，制备过程绿色化，适于大批量生产。

(3)所制备的材料为气凝胶，溶胀过程不易破裂，稳定性好，有较好的吸附性、传质性和机械性，易于从水中分离，不会对水体造成二次污染，而且可回收利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例制备的海藻酸钠凝胶球的照片；

图2为实施例制备的海藻酸钠凝胶球的溶胀性测定结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种海藻酸钠凝胶球吸附材料，通过如下步骤的方法制备而成：

(1)称取1.5g海藻酸钠，加入烧杯。

(2)用量筒量取100ml去离子水，加入烧杯混合；

(3)利用搅拌器搅拌(转速为800r/min)上述混合溶液5h，至溶液混合均匀，得到海藻酸钠溶液。

(4)称取5g氯化钙，溶于500ml容量瓶中，定容，得到10g/l氯化钙溶液。

(5)利用蠕动泵(13#橡胶管)将海藻酸钠溶液滴入ca²⁺溶液浸泡8h(浸泡温度为20-30℃)，得到凝胶球。

(6)再用去离子水浸泡12h(浸泡温度为20-30℃)并冲洗三次，得到水凝胶。

(7)冷冻干燥(-60℃真空干燥48h)后即可制备出海藻酸钠凝胶球(sa-ca)材料，如图1所示，该吸附材料具有良好的弹性，易控制，形成了颗粒大小均匀的球状结构。溶胀性测定结果如图2所示，其中纵坐标b为:样品质量(g)，横坐标a为：nacl浓度(mol/l)分别取1、2、3、4mol/l，吸附质为：400mg/l环丙沙星，before表示：初始湿重，after表示：浸泡24小时后湿重；其结果说明：海藻酸钠凝胶球稳定性好，在溶胀性过程不易破裂。

进一步对所得sa-ca的力学性能、吸附平衡容量和去除率进行测定，结果如表1和表2所示。

表1

表2

由表1和表2可见，海藻酸钠凝胶球具有优异的吸附性能、传质性能和机械性能。

实施例2

一种海藻酸钠凝胶球吸附材料，通过如下步骤的方法制备而成：

(1)称取0.5g海藻酸钠，加入烧杯。

(2)用量筒量取100ml去离子水，加入烧杯混合；

(3)利用搅拌器搅拌(转速为1000r/min)上述混合溶液4h，至溶液混合均匀，得到海藻酸钠溶液。

(4)称取15g氯化钙，溶于500ml容量瓶中，定容，得到30g/l氯化钙溶液。

(5)利用蠕动泵(13#橡胶管)将海藻酸钠溶液滴入ca²⁺溶液浸泡6h(浸泡温度为20-30℃)，得到凝胶球。

(6)再用去离子水浸泡6h(浸泡温度为20-30℃)并冲洗三次，得到水凝胶。

(7)冷冻干燥(-70℃真空干燥50h)后即可制备出海藻酸钠凝胶球(sa-ca)材料。所得材料如图1所示，该吸附材料具有良好的弹性，易控制，形成了颗粒大小均匀的球状结构。溶胀性测定结果与实施例1基本相同，具有稳定性好，在溶胀性过程不易破裂。

进一步对所得sa-ca的力学性能、吸附平衡容量和去除率进行测定，结果如表3和表4所示。

表3

表4

由表3和表4可见，海藻酸钠凝胶球具有优异的吸附性能、传质性能和机械性能。

实施例3

一种海藻酸钠凝胶球吸附材料，通过如下步骤的方法制备而成：

(1)称取3.0g海藻酸钠，加入烧杯。

(2)用量筒量取100ml去离子水，加入烧杯混合；

(3)利用搅拌器搅拌(转速为500r/min)上述混合溶液8h，至溶液混合均匀，得到海藻酸钠溶液。

(4)称取25g氯化钙，溶于500ml容量瓶中，定容，得到50g/l氯化钙溶液。

(5)利用蠕动泵(13#橡胶管)将海藻酸钠溶液滴入ca²⁺溶液浸泡4h(浸泡温度为20-30℃)，得到凝胶球。

(6)再用去离子水浸泡14h(浸泡温度为20-30℃)并冲洗三次，得到水凝胶。

(7)冷冻干燥(-50℃真空干燥60h)后即可制备出海藻酸钠凝胶球(sa-ca)材料。所得材料如图1所示，该吸附材料具有良好的弹性，易控制，形成了颗粒大小均匀的球状结构。溶胀性测定结果与实施例1基本相同，具有稳定性好，在溶胀性过程不易破裂。

进一步对所得sa-ca的力学性能、吸附平衡容量和去除率进行测定，结果如表5和表6所示。

表5

表6

由表5和表6可见，海藻酸钠凝胶球具有优异的吸附性能、传质性能和机械性能。

综上所述，本发明制备的海藻酸钠(sa)凝胶球吸附材料为大小均匀的球，不会对水体造成二次污染，而且可回收利用，实用性强。且该制备工艺简单、条件易控、成本低廉，所得吸附材料的溶胀过程不易破裂，稳定性好，有较好的吸附性、传质性和机械性特性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。