一種用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水凝膠是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部 分疏水基團(tuán)和未水殘基，未水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇 水膨脹的交聯(lián)聚合物。是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量 的水。將水凝膠進(jìn)行處理后可廣泛應(yīng)用于飲品、食品、釀造、制藥、化學(xué)化工、污水處理、環(huán)境 保護(hù)等行業(yè)的澄清凈化、固液分離、過濾回收等生產(chǎn)過程中。而另一方面，由于聚乙烯醇和 淀粉制備的水凝膠材料具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有致密且孔徑較均勻的孔隙，經(jīng)發(fā)泡處理后，材 料比表面積和吸附容量更大大，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)水的浸潤(rùn)性和滲透性強(qiáng)，兼具對(duì)重金 屬離子具有優(yōu)良的過濾分離及吸附功能，是污水處理領(lǐng)域迫切急需的關(guān)鍵材料。
[0003] 中國(guó)專利公開號(hào)為CN101186720A公開了一種污水處理用聚乙烯醇發(fā)泡材料，該方 法是以聚乙烯醇、甲醛和淀粉為原料、硫酸為催化劑、硫酸鈣為發(fā)泡劑制備的軟質(zhì)泡沫塑 料，其特征是添加有碳納米管和聚乙二醇一道發(fā)泡。該發(fā)明的有益效果是:具有獨(dú)特的吸附 性能，能吸附廢水中懸浮顆粒和污漬，并有脫除異味和脫色效果。但是該方法制備的材料結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能較差。
[0004] 中國(guó)專利公開號(hào)為CN103435832A公開了一種聚乙烯醇吸液海綿材料及其制備方 法，該發(fā)明先將聚乙烯醇和蒸餾水混合，在50~95 °C水浴下溶解，得到聚乙烯醇水溶液;然 后往聚乙烯醇水溶液中加入交聯(lián)劑、催化劑、發(fā)泡劑、填孔劑和輔助發(fā)泡劑，在30~80°C水 浴下，攪拌混合均勻;把混合均勻的乳狀液倒入模具，在30°C~90°C下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng);反應(yīng) 30~60min形成泡孔后，維持溫度繼續(xù)加熱固化2~8h，得聚乙烯醇吸液海綿材料。該發(fā)明的 優(yōu)點(diǎn)是海綿泡孔均勻，吸水能力強(qiáng)，柔韌性和粘彈性佳，生物相容性好;但是該發(fā)明制備的 海綿材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能較差。
[0005] 中國(guó)專利公開號(hào)為CN 103998499A公開了多孔質(zhì)含水凝膠成型物、其制造方法及 其用途，該發(fā)明特征在于，含有用二醛進(jìn)行縮醛化而得到的聚乙烯醇，成型物的冷凍干燥品 的孔徑為〇 . 1~50μπι。此時(shí)，多孔質(zhì)含水凝膠成型物優(yōu)選還含有水溶性多糖。還優(yōu)選聚乙烯 醇的縮醛化度為1~50mol%。還優(yōu)選多孔質(zhì)含水凝膠成型物為粒子，該粒子的球等效直徑為 1~20mm。該發(fā)明制備的多孔質(zhì)含水凝膠成型物的強(qiáng)度高，微生物的棲息性好，但是該發(fā)明 制備的材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差且吸附效率較低。
[0006] 隨著環(huán)境問題受到重視，污水處理材料作為污水處理技術(shù)中的重要組成部分，也 越加受到關(guān)注，而目前應(yīng)用于污水處理的水凝膠材料的較少，限制了對(duì)污水處理材料的選 擇，因此，開發(fā)一種適用于污水處理的具有比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，過濾分離和吸附效率好， 同時(shí)具有優(yōu)異的親水性能和力學(xué)性能的水凝膠材料，對(duì)對(duì)豐富污水處理材料，促進(jìn)污水處 理的發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的：為了豐富污水處理材料種類，本發(fā)明提供一種用于污水處理的淀粉 基水凝膠發(fā)泡材料，其比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，過濾分離和吸附效率好，同時(shí)具有優(yōu)異的親 水性能和力學(xué)性能，為污水處理材料提供更多的選擇。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：為了解決上述問題，提供了一種用于污水處理的淀粉基 水凝膠發(fā)泡材料，由包含半纖維素和海泡石的以下材料以重量份制備而成： 淀粉 30-45 聚乙烯醇 20-30 海泡石 15-20 半纖維素 3.0-6.0 發(fā)泡材料 2.0-4.0 進(jìn)一步地，所述淀粉為玉米淀粉。
[0009] 進(jìn)一步地，所述海泡石為纖維狀海泡石，粒徑介于300納米和500納米之間，長(zhǎng)徑比 介于10:1和20:1之間。
[0010] 進(jìn)一步地，所述半纖維素為秸桿半纖維素。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述發(fā)泡材料由40wt%硫酸溶液、30wt%-40wt%甲醛溶液和碳酸鎂粉末 組成，其中硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸鎂粉末以重量比例2:2:1組成。。
[0012] 上述用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料的制備方法，包括以下步驟： (1) 將重量份為15-20的海泡石和重量份為3.0-6.0的半纖維素置于水中，并進(jìn)行超聲 分散，形成懸浮液； (2) 將重量份為30-45的淀粉和重量份為20-30的聚乙烯醇加入水中，在加熱溫度為85 °(：下進(jìn)行攪拌混合，攪拌轉(zhuǎn)速450-600rpm，攪拌時(shí)間60-120分鐘，形成聚乙烯醇和淀粉混合 液； (3) 將步驟(2)得到的聚乙烯醇和淀粉混合液，在加熱溫度為85°C下加入步驟（1)的懸 浮液中，并在加入過程中進(jìn)行超聲攪拌，攪拌時(shí)間60-90分鐘，得到混合均勻的水凝膠初級(jí) 產(chǎn)物； (4) 將重量份為2.0-5.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸鎂粉末加入到加熱溫度45°C的步 驟(3 )得到的水凝膠初級(jí)產(chǎn)物中，并進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速200-300rpm，攪拌時(shí)間20分鐘，然后 注入到模具中，在環(huán)境溫度55°C下進(jìn)行縮醛反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間4小時(shí)后，取出發(fā)泡體進(jìn)行洗滌 除雜，得到用于污水處理的水凝膠發(fā)泡材料。
[0013] 本發(fā)明的原理:利用半纖維素對(duì)水凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)增韌作用，以及 成本低廉的海泡石的優(yōu)異的親水性能、吸附性能和力學(xué)性能，將半纖維素和海泡石均勻的 穿插于聚乙烯醇和淀粉形成的三維網(wǎng)狀水凝膠材料中，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，過濾分離和吸附效 率好，吸水率和耐鹽性高，力學(xué)性能優(yōu)異水凝膠初級(jí)產(chǎn)物，再通過發(fā)泡處理，制得比表面積 大，密度小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，力學(xué)性能優(yōu)異，親水性能好的用于污水處理的水凝膠復(fù)合材料，降低 了生產(chǎn)成本；同時(shí)，由于海泡石提高了水凝膠的熱分解溫度，延長(zhǎng)了用于污水處理的水凝膠 材料的使用壽命。
[0014] 本發(fā)明突出特點(diǎn)和有益效果在于： (1) 本發(fā)明的用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料經(jīng)發(fā)泡處理后比表面積大，結(jié)構(gòu) 穩(wěn)固，大大提高了分離吸附效率； (2) 本發(fā)明的用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料親水性能和力學(xué)性能好，通過將 半纖維素海泡石均勻的穿插于水凝膠材料中，使得用于污水處理的水凝膠材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn) 固，親水性能和力學(xué)性能增強(qiáng)； (3) 本發(fā)明用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，安全環(huán) 保，具有較高的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明，以下所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方式，在相同原理下，可以做出部分改進(jìn)，這些改進(jìn)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)： 實(shí)施例1: 一種用于污水處理的淀粉基水凝膠發(fā)泡材料： (1) 將重量份為15的海泡石和重量份為3.0的半纖維素置于水中，并進(jìn)行超聲分散，形 成懸浮液； (2) 將重量份為30的淀粉和重量份為20的聚乙烯醇加入水中，在加熱溫度為85°C下進(jìn) 行攪拌混合，攪拌轉(zhuǎn)速450rpm，攪拌時(shí)間60分鐘，形成聚乙稀醇和淀粉混合液； (3) 將步驟(2)得到的聚乙烯醇和淀粉混合液，在加熱溫度為85°C下加入步驟（1)的懸 浮液中，并在加入過程中進(jìn)行超聲攪拌，攪拌時(shí)間90分鐘，得到混合均勻的水凝膠初級(jí)產(chǎn) 物； (4) 將重量份為2.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸鎂粉末加入到加熱溫