新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法：以壳聚糖为初始原料，与碳纳米管进行复合，得壳聚糖复合碳纳米管；以无机硅烷试剂γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷作为壳聚糖的交联剂，再用硅胶对其金负载，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管；最后与金属离子形成配合物，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。该新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备工艺简单、成本低廉，对重金属离子有较高的选择性，在酸性介质中有较大的化学稳定性，且无二次污染。
【专利说明】
新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于环境纳米新功能材料技术领域，具体涉及新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中。然而，近几十年来，随着现代工业的发展，人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属进入大气、水、土壤环境，引起严重的环境污染。因此能够对溶液重金属离子有高效分离功能的材料的开发不仅是是资源循环利用的有效方式，也是为环境污染治理所紧迫需要。治理方法主要集中在微生物修复和化学修复上。但这些方法治理时产生的含重金属离子的沉降物不稳定，容易造成二次污染，因此开发制备工艺简单、成本低廉、效果明显、无二次污染的重金属离子吸附剂具有重要意义和广阔应用前景，是今后一段时期环保技术领域研究的重点之
O
[0003]壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，是自然界中储量仅次于纤维素的最丰富的天然高分子材料，其分子中含有大量的活性羟基及氨基，对重金属离子有高效的吸附选择性。在近些年壳聚糖及其衍生物在水处理中的应用越来越受到人们的重视，但是壳聚糖在酸性条件下易溶解，极大地限制了壳聚糖的PH适用范围。碳纳米管(CNTs)具有比表面积大、吸附容量大等优点，然而传统的磁性碳纳米管吸附剂制备存在工艺复杂、无法在酸性溶液中使用等缺点。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺陷和不足，本发明提供了新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:该技术方案主要包括以下步骤:
[0006](I)以壳聚糖为初始原料，与碳纳米管进行复合，得壳聚糖复合碳纳米管；
[0007](2)以上述壳聚糖复合碳纳米管为基础，以无机硅烷试剂γ -环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷作为壳聚糖的交联剂，再用硅胶对其金负载，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管；
[0008](3)以上述硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为基础，与金属离子形成配合物，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。
[0009]所述方法进一步包括:
[0010](I)称取0.1?Ig壳聚糖和0.1?2g碳纳米管于烧杯，加入质量分数为I %?5%的稀醋酸溶液中，搅拌5?lOmin，使混合均勾；再加入0.05?0.8g碳酸盐，搅拌至气泡均匀，静置1min ;采用氢氧化钠溶液反复洗涤、抽滤至溶液pH值为中性时止；真空干燥，即得壳聚糖复合碳纳米管；
[0011](2)向壳聚糖复合碳纳米管溶液中加入交联剂γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷2mL，磁力搅拌30min ;然后向溶液中加入90?200目娃胶50g，搅拌均勾，超声40min ;将该溶液倾倒到培养皿中，搅拌均匀，室温静置48h ;将所得固体在0.0lmol/L 10mL氢氧化钠溶液中浸泡30min，蒸馏水洗至中性，40°C烘干，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管；
[0012](3)以I?8% (wt% )的醋酸水溶液为溶剂，以金属盐、硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为溶质，配制浓度为3?60g/L的壳聚糖溶液，在40?100°C的温度下搅拌I?8小时，制得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管金属配合物溶液；与碱性凝固液接触，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料；
[0013]所述步骤(I)中未纯化碳纳米管原始样品，其样品为化学气相沉积法、激光法或电弧法制备未纯化的碳纳米管原始样品。
[0014]所述步骤(I)中未纯化碳纳米管原始样品为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
[0015]所述步骤(I)中的碳酸盐为碳酸氢钠、碳酸钠或碳酸氢氨中任一种。
[0016]所述步骤(3)中的金属离子为铜、钴、镍、镉、铬、锌、铅、银或铁中的任一种，金属离子的用量为按每克壳聚糖加入4.5mmol0
[0017]上述步骤中壳聚糖的脱乙酰度为98%，分子量为3.2 X 104g/moI ο
[0018]同现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0019]该新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备工艺简单、成本低廉，对重金属离子有较高的选择性，在酸性介质中有较大的化学稳定性，且无二次污染。
【具体实施方式】
[0020]本发明实施方式主要提供新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，为便于很好的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于此。
[0021]对新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，主要包括以下步骤:
[0022](I)以壳聚糖为初始原料，与碳纳米管进行复合，得壳聚糖复合碳纳米管；
[0023](2)以上述壳聚糖复合碳纳米管为基础，以无机硅烷试剂γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷作为壳聚糖的交联剂，再用硅胶对其金负载，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管；
[0024](3)以上述硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为基础，与金属离子形成配合物，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。
[0025]实际中具体的制备方法，按下述步骤进行:
[0026]称取Ig壳聚糖和Ig多壁碳纳米管于烧杯，加入质量分数为5%的稀醋酸溶液中，搅拌lOmin，使混合均勾；再加入0.8g碳酸钠，搅拌至气泡均勾，静置1min ；，搅拌至气泡均匀，静置1min ;采用氢氧化钠溶液反复洗涤、抽滤至溶液pH值为中性时止；真空干燥，即得壳聚糖复合碳纳米管；
[0027]向壳聚糖复合碳纳米管溶液中加入交联剂γ -环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷2mL，磁力搅拌30min ;然后向溶液中加入90?200目娃胶50g，搅拌均勾，超声40min ;将该溶液倾倒到培养皿中，搅拌均匀，室温静置48h ;将所得固体在0.0lmol/L 10mL氢氧化钠溶液中浸泡30min，蒸馏水洗至中性，40°C烘干，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管；
[0028]以1% (wt% )的醋酸水溶液为溶剂，以金属盐、硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为溶质，配制浓度为3g/L的壳聚糖溶液，在100°C的温度下搅拌8小时，制得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管金属配合物溶液；与碱性凝固液接触，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。
[0029]该新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备工艺简单、成本低廉，对重金属离子有较高的选择性，在酸性介质中有较大的化学稳定性，且无二次污染。
【主权项】
1.新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)以壳聚糖为初始原料，与碳纳米管进行复合，得壳聚糖复合碳纳米管； (2)以上述壳聚糖复合碳纳米管为基础，以无机硅烷试剂γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷作为壳聚糖的交联剂，再用硅胶对其金负载，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管； (3)以上述硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为基础，与金属离子形成配合物，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。2.根据权利要求1所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，包括与碳纳米管的复合、硅胶负载和与金属离子形成配合物的过程，其特征在于:所述与碳纳米管的复合过程包括以下步骤: (1)称取0.1?Ig壳聚糖和0.1?2g碳纳米管于烧杯，加入质量分数为1%?5%的稀醋酸溶液中，搅拌5?lOmin，使混合均匀； (2)向上述步骤(I)的溶液中加入0.05?0.8g碳酸盐，搅拌至气泡均匀，静置1min ； (3)采用氢氧化钠溶液反复洗涤、抽滤至溶液pH值为中性时止；真空干燥，即得壳聚糖复合碳纳米管。3.根据权利要求1所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，包括与碳纳米管的复合、硅胶负载和与金属离子形成配合物的过程，其特征在于:所述硅胶负载过程包括以下步骤: (1)壳聚糖复合碳纳米管溶液中加入交联剂γ_环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷2mL，磁力搅拌30min ;然后向溶液中加入90?200目娃胶50g，搅拌均勾，超声40min ； (2)将上述溶液倾倒到培养皿中，搅拌均匀，室温静置48h; (3)将所得固体在0.0lmol/L 10mL氢氧化钠溶液中浸泡30min，蒸馏水洗至中性，40°C烘干，得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管。4.根据权利要求1所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法，包括与碳纳米管的复合、硅胶负载和与金属离子形成配合物的过程，其特征在于:所述与金属离子形成配合物过程包括以下步骤: (1)以I?8%(wt%)的醋酸水溶液为溶剂，以金属盐、硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管为溶质，配制浓度为3?60g/L的壳聚糖溶液，在40?100°C的温度下搅拌I?8小时，制得硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管金属配合物溶液； (2)将上述(I)中制得的所述硅胶负载壳聚糖复合碳纳米管金属配合物溶液与碱性凝固液接触，制备得新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料。5.根据权利要求1所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法的交联改性过程，其特征在于:所述壳聚糖的脱乙酰度为98%，分子量为3.2XlOVmolο6.根据权利要求2所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法的与碳纳米管的复合过程，其特征在于:所述未纯化碳纳米管原始样品，其样品为化学气相沉积法、激光法或电弧法制备未纯化的碳纳米管原始样品。7.根据权利要求2所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法的与碳纳米管的复合过程，其特征在于:所述未纯化碳纳米管原始样品为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。8.根据权利要求2所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法的与碳纳米管的复合过程，其特征在于:碳酸盐为碳酸氢钠、碳酸钠或碳酸氢氨中任一种。9.根据权利要求4所述新型硅胶负载壳聚糖-碳纳米管复合吸附材料的制备方法的与金属离子形成配合物的过程，其特征在于:所述金属离子为铜、钴、镍、镉、铬、锌、铅、银或铁中的任一种，金属离子的用量为按每克壳聚糖加入4.5mmolo
【文档编号】B01J20/24GK106064061SQ201410566910
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2014年10月22日 公开号201410566910.6, CN 106064061 A, CN 106064061A, CN 201410566910, CN-A-106064061, CN106064061 A, CN106064061A, CN201410566910, CN201410566910.6
【发明人】李孟顺
【申请人】西安以锵电子科技有限责任公司