CN105688847A - 一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法。本方法以明胶为基材，以γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的粉煤灰为吸附粒子填充剂，混合均匀后添加交联改性剂，通过交联改性制备一种明胶/粉煤灰复合吸附材料。本发明制备的明胶/粉煤灰复合吸附材料不仅具有较强的污染物吸附效果，而且可环境降解，因此其吸附污染物后可用作肥料而不产生二次污染。该吸附材料的原材料来源广泛，同时为制革皮边角料和废煤渣的资源化利用提供新途径。综上，本发明制备的新型吸附材料具有良好的市场应用价值和前景。

Description

一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸附材料领域，具体涉及一种吸附性能好的明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
当前我国经济发展迅速，资源短缺和环境污染是发展目前所面临的两大问题。尤其水资源的污染和短缺，不仅影响经济发展更是关乎人类的存亡。解决水污染问题，不仅可以提供更多水资源，还能够进一步减少环境污染。
目前对于水污染的治理，除了传统的沉降法，采用较多的是膜过滤法。沉降法效率低耗时长，膜过滤法需要消耗较多的动力，且需要不断地除去滤饼，定期更换过滤介质，容易造成二次污染。而吸附法具有应用范围广，不消耗动力，处理量大等优势。
粉煤灰是燃煤的火力电厂排放的烟气中捕获的煤燃烧后的飞灰，它是由SiO2、Al2O3等无机组分组成的多孔微珠，其粒径介于0.8-300μm，具有较大比表面积，因而有良好的吸附性能。应用粉煤灰进行吸附，存在一定的局限性。由于粉煤灰的粒径小，在水中吸附时容易发生部分聚集，分散性差。同时粉煤灰吸附剂在水溶液中吸附后的回收也比较困难，往往需要使用过滤的方式，增加了水处理的成本和复杂性。
明胶作为动物组织中的胶原蛋白部分水解的产物，来源广泛。冷冻干燥明胶可以得到具有良好的吸附性能的多孔海绵状材料。但由于明胶的亲水特性，其在水中短暂的时间便会溶解。
本发明以粉煤灰微珠和明胶为原料制备了一种明胶/粉煤灰复合吸附材料，将粉煤灰表面接枝具有氨基的偶联剂，通过双醛交联剂将明胶与氨基化改性的粉煤灰、明胶与明胶交联起来，使得粉煤灰微珠均匀的分散在明胶凝胶当中，冷冻干燥后得到一种高吸附性能可降解的阳离子型明胶/粉煤灰复合吸附材料。明胶/粉煤灰复合吸附材料浸入污水后，外部的交联改性多孔明胶吸附水中的阳离子污染物，同时逐渐形成稳定的凝胶，干燥的粉煤灰微珠在内部促进水向其内部扩散，进一步吸附阳离子污染物，加速了污染物在凝胶中的内扩散速度，增加了吸附量。
发明内容
为了提高粉煤灰吸附剂的分散性以及明胶吸附材料的稳定性，本发明采用偶联剂改性粉煤灰表面得到氨基化改性的粉煤灰，使用双醛交联剂交联明胶和氨基化改性的粉煤灰，从而提高了吸附剂的稳定性和吸附效果，制成了一种新型的复合吸附材料。
本发明通过以下技术方案实现，除特别说明外，所涉及的份数均为重量份数，百分比均为重量百分比。
本发明提供一种复合吸附材料，其制备方法如下：
(1)将1份粉煤灰在110-180℃下干燥3-5小时，加入30-60份有机溶液中高速搅拌5-10分钟。逐滴加入0.5-3份的偶联剂。在60-90℃下回流搅拌5-10小时，减压抽滤，将滤饼在100-120℃下烘干，球磨机200-600r/min研磨10-30分钟;
(2)将明胶以1%-10%的质量浓度溶于40-80℃的水中，在高速搅拌下加入占明胶干重1%-20%的氨基化改性的粉煤灰，搅拌均匀后加入1%-10%的双醛交联剂得到明胶/粉煤灰复合凝胶；
(3)将上述基质溶液脱泡后倒入模具，冷冻干燥得到海绵状的明胶/粉煤灰复合吸附材料;
(4)将明胶/粉煤灰复合吸附材料放入硬质的网状托架中沉入污水中进行吸附。
在上述技术案中所述的氨基化改性粉煤灰的反应溶剂为苯、甲苯、二甲苯与甲醇、乙醇中的一种或几种混合有机溶剂。
在上述技术案中所述的氨基化改性粉煤灰使用的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
在上述技术案中所述的明胶与氨基化改性粉煤灰交联使用的双醛交联剂为：双醛淀粉、双醛纤维素、双醛普鲁兰、双醛瓜尔胶戊二醛、双醛聚乙二醇中的任意一种或几种。
在上述技术案中所述的粉煤灰与明胶的比例干重为1:(5~100)。
本发明与已有技术相比，具有多方面的积极效果和优点，可归纳概括如下：
(1)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，其基本原料为工业废弃物，吸附性能强，能够很好的替代有机合成树脂型的吸附剂，吸附后可自行生物降解，是一种环境友好性的高效吸附剂；
(2)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，用硅烷偶联剂改性粉煤灰微珠表面，得到氨基化改性粉煤灰微珠，增加其反应活性，与明胶交联；
(3)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，不仅改善了粉煤灰在污水中的分散性，提高其吸附效率，而且方便吸附后对吸附剂的回收，扩展了其应用范围；
(4)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，改善了明胶吸附剂的机械性能，与氨基化改性粉煤灰的交联增强了其在水溶液中的稳定性，扩展了其应用范围；
(5)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，在吸附过程中，外层明胶网状吸附剂的孔径较大可以吸附大分子的有机物质，内部小孔径的粉煤灰孔径小比表面积大，可以吸附溶解态的小分子离子，避免了粉煤灰直接暴露在污水中表面微孔被大分子物质堵塞；
(6)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，吸附后可用作肥料，明胶和污水中的有机成分可用增加土壤中的氮含量，粉煤灰可以改变土壤的透气性；
(7)本发明提供的一种明胶/粉煤灰复合吸附材料及其制备方法，其基本原料可以全部来源自工业废料，其来源广泛，价格低廉，具有潜在的经济效益，利于广泛使用。
具体实施方法
下面给出本发明的三个实施例，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
在以下实例中，除特别说明外，所涉及的份数均为重量份数，百分比均为重量百分比。
实施例1
将1份粉煤灰在110℃下干燥5小时，加入20份苯中高速搅拌5分钟。逐滴加入0.9份的偶联剂。在60℃下回流搅拌1小时，减压抽滤，将滤饼在120℃下烘干，球磨机200r/min研磨10分钟。将明胶以2%的质量浓度溶于40℃的水中，在高速搅拌下加入1%质量浓度的氨基化改性的粉煤灰，搅拌均匀后加入1%的双醛淀粉交联剂得到明胶/粉煤灰复合凝胶；将上述基质溶液脱泡后倒入模具，冷冻干燥12小时，得到海绵状的明胶/粉煤灰复合吸附材料。将明胶/粉煤灰复合吸附材料放入硬质的网状托架中沉入污水中进行吸附。
实施例2
将1份粉煤灰在120℃下干燥3小时，加入15份甲苯和15份乙醇中高速搅拌7分钟。逐滴加入2份的偶联剂。在90℃下回流搅拌10小时，减压抽滤，将滤饼在110℃下烘干，球磨机600r/min研磨15分钟。将明胶以2%的质量浓度溶于40℃的水中，在高速搅拌下加入1%质量浓度的氨基化改性的粉煤灰，搅拌均匀后加入2%的双醛瓜尔胶得到明胶/粉煤灰复合凝胶；将上述基质溶液脱泡后倒入模具，冷冻干燥15小时，得到海绵状的明胶/粉煤灰复合吸附材料。将明胶/粉煤灰复合吸附材料放入硬质的网状托架中沉入污水中进行吸附。
实施例3
将1份粉煤灰在170℃下干燥4小时，加入5份二甲苯和10份甲醇中高速搅拌7分钟。逐滴加入1份的偶联剂。在80℃下回流搅拌8小时，减压抽滤，将滤饼在108℃下烘干，球磨机500r/min研磨18分钟。将明胶以7%的质量浓度溶于70℃的水中，在高速搅拌下加入5%质量浓度的氨基化改性的粉煤灰，搅拌均匀后加入7%的双醛瓜尔胶得到明胶/粉煤灰复合凝胶；将上述基质溶液脱泡后倒入模具，冷冻干燥24小时，得到海绵状的明胶/粉煤灰复合吸附材料。将明胶/粉煤灰复合吸附材料放入硬质的网状托架中沉入污水中进行吸附。

Claims (3)

1.一种明胶/粉煤灰复合吸附材料，其特征在于以明胶为基材，以氨基化改性的粉煤灰为吸附粒子填充剂，通过双醛多糖交联改性制备，其具体制备方法如下：
(1)取1份在110-180℃下干燥3-5小时的粉煤灰，加入30-60份有机溶剂后高速搅拌5-10分钟，室温下逐滴加入0.5-3份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，然后将混合物在60-90℃下反应5-10小时，减压抽滤，之后将滤饼在100-120℃下烘干并使用球磨机在200-600r/min研磨10-30分钟，制备得到氨基化改性的粉煤灰；
(2)将明胶溶于去离子水中，得到浓度为1%-10%的明胶溶液，之后在高速搅拌下加入占明胶干重1-20%的氨基化改性的粉煤灰，40℃条件下搅拌1-2小时，然后加入占明胶干重1%-10%的交联剂，继续在40℃条件下搅拌0.5-2小时，然后将混合液倒入模具中在室温下静置1-3小时，最后冷冻干燥得到明胶/粉煤灰复合吸附材料。
2.根据权利要求1所述的明胶/粉煤灰复合吸附材料，其特征在于氨基化改性的粉煤灰制备过程中使用的有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、甲醇和乙醇中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的明胶/粉煤灰复合吸附材料，其特征在于使用的交联剂为双醛黄原胶、双醛淀粉、双醛羧甲基纤维素、双醛普鲁兰多糖、双醛海藻酸钠、双醛威兰胶、双醛瓜尔胶、戊二醛和双醛聚乙二醇中的任意一种或几种的混合物。
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