CN108484962B - 一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法 - Google Patents

一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，首先，将废纸处理成废纸纤维粉，将其放入碱溶液中浸泡，在油浴锅中回流反应，过滤后将滤渣超声分散在乙醇中，之后浸泡在H2O2溶液，过滤收集滤渣后烘干，得到废纸纤维素；之后将废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，加入KCl，搅拌，将废纸纤维素溶液进行冷冻和解冻，之后再依次放入乙醇和去离子水中浸泡，最后进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶。该方法以废纸为原材料，通过加入石墨烯或者氧化石墨烯制备废纸纤维素复合气凝胶，其具有质轻、比表面积大、孔隙率高、机械性能好等特点，同时，该方法工艺简单、生产成本低廉，适合批量化生产。

Description

一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料制备技术领域，具体涉及一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法。
背景技术
近年来，印刷厂、纺织厂等产生的染料废水日益增多，多数染料含有芳环结构，具有一定的毒性且难降解，严重破坏环境和危害人类健康。目前在凝胶材料基础上新出现的纤维素复合气凝胶是以纤维素为基体材料，再复合纳米填料得到质轻、比表面积大、孔隙率高的复合气凝胶，能够与染料分子形成分子间作用力达到吸附净化的目的，在油污泄露、废水净化等领域具有潜在的发展，成为国内外研究的热点和重点。但纤维素复合气凝胶材料成本较高，吸附性能有限，且纳米填料分散不均匀。因此寻求一种具有低成本、高吸附性能和分散性良好的纳米填料是提高废水中染料吸附量的关键。
我国废纸年均产量巨大，废纸作为纤维素的来源之一，具有来源广泛、廉价易得等特点，且废纸中大约含有50％的纤维素，经过简单预处理提取的废纸纤维素作为复合气凝胶的基体材料在保持原有吸附性能的同时也降低了成本，符合绿色环保，是理想的复合气凝胶基体材料。然而，单一的废纸纤维素气凝胶，其结构简单、性能不稳定且对染料的去除率较低，需复合其他吸附填料组成复合气凝胶，进而提高结构特性和综合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，提高了纤维素复合气凝胶对染料分子的吸附性能。
本发明所采用的技术方案是，一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废纸依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h～2h，之后在80℃～90℃油浴锅中回流反应4h～5h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将碳系物超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min～30min，得到废纸纤维素溶液；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃～-20℃的条件下冷冻24h，之后在20℃～25℃的条件下解冻3h～4h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡24h～48h，之后再放入去离子水中浸泡24h～48h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶。
本发明的特点还在于，
步骤1.1中，干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为12h～24h；过筛时采用300目～400目的筛网。
步骤1.2中，碱溶液为质量分数为3％～5％的NaOH溶液或者质量分数为3％～5％的KOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：20～35。
步骤1.3中，超声分散时间为1h～2h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：5～30。
步骤1.4中，浸泡时间为3h～4h，浸泡温度为20℃～25℃；烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为12h～24h。
步骤2.1中，超声分散的时间为1h～2h；冷冻温度为-12℃～-15℃，冷冻时间为6h～12h。
步骤2.1中，碳系物与纤维素混合液的质量比为1：20～100；碳系物为石墨烯或者氧化石墨烯；纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成。
步骤2.2中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3～0.5：1：0.15～0.2；溶解反应时间为0.5h～1h，溶解反应温度为-15℃～-10℃，
步骤2.3中，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h～72h。
本发明的有益效果是，以废纸为原材制备纤维素复合气凝胶，具有绿色环保、循环利用、经济效益低等特点，同时，该方法工艺简单、生产成本低廉，适合批量化生产。
附图说明
图1是本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法中废纸纤维素/GO复合气凝胶的SEM图；
图2是本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法中废纸纤维素/GNS复合气凝胶的SEM图；
图3是本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法中废纸纤维素/GO复合气凝胶和不添加碳系物的纯废纸纤维气凝胶对亚甲基蓝和刚果红的吸光度曲线图；
图4是本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法中废纸纤维素/GNS复合气凝胶和不添加碳系物的纯废纸纤维气凝胶对亚甲基蓝和刚果红的吸光度曲线图；
图5是本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法中废纸纤维素/GO、废纸纤维素/GNS复合气凝胶与不添加碳系物的纯废纸纤维气凝胶对亚甲基蓝和刚果红的吸附量图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废纸依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为12h～24h，过筛时采用300目～400目的筛网；
废纸为废书刊、废报纸或者废纸箱；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h～2h，之后在80℃～90℃油浴锅中回流反应4h～5h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为3％～5％的NaOH溶液或者质量分数为3％～5％的KOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：20～35；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为1h～2h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：5～30；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为3h～4h，浸泡温度为20℃～25℃；
烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为12h～24h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将碳系物超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1h～2h；
碳系物与纤维素混合液的质量比为1：20～100；
碳系物为石墨烯或者氧化石墨烯；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
冷冻温度为-12℃～-15℃，冷冻时间为6h～12h；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min～30min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3～0.5：1：0.15～0.2；
溶解反应时间为0.5h～1h，溶解反应温度为-15℃～-10℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃～-20℃的条件下冷冻24h，之后在20℃～25℃的条件下解冻3h～4h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡24h～48h，之后再放入去离子水中浸泡24h～48h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h～72h。
实施例1
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废书刊依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为60℃，干燥时间为12h，过筛时采用250目筛网；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h，之后在80℃油浴锅中回流反应4h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为4％的NaOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：20；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为1h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：20；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为3h，浸泡温度为20℃；
烘干温度为40℃，烘干时间为12h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将石墨烯超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1h；
石墨烯与纤维素混合液的质量比为1：20；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3：1：0.15；
溶解反应时间为0.5h，溶解反应温度为-15℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃的条件下冷冻24h，之后在20℃的条件下解冻3h，使其凝胶化，之后再依次放入乙醇和水中分别浸泡12h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h。
实施例2
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废报纸依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为40℃，干燥时间为12h，过筛时采用300目的筛网；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h，之后在85℃油浴锅中回流反应4h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为5％的NaOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：28；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为1h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：20；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为3h，浸泡温度为20℃；
烘干温度为50℃，烘干时间为20h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将石墨烯超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1h；
石墨烯与纤维素混合液的质量比为1：50；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
冷冻温度为-15℃，冷冻时间为12h；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌15min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3：1：0.2；
溶解反应时间为0.5h，溶解反应温度为-15℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-20℃的条件下冷冻24h，之后在25℃的条件下解冻3h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡24h，之后再放入去离子水中浸泡24h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h。
实施例3
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废报纸依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为50℃，干燥时间为12h，过筛时采用400目的筛网；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h，之后在80℃油浴锅中回流反应4h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为4％的NaOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：30；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为1h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：20；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为3h，浸泡温度为20℃；
烘干温度为40℃，烘干时间为12h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将石墨烯超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1.5h；
石墨烯与纤维素混合液的质量比为1：100；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
冷冻温度为-12℃，冷冻时间为12h；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.5：1：0.2；
溶解反应时间为1h，溶解反应温度为-15℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃的条件下冷冻24h，之后在20℃的条件下解冻3h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡24h，之后再放入去离子水中浸泡24h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h。
实施例4
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废纸箱依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为50℃，干燥时间为12h，过筛时采用300目的筛网；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡2h，之后在85℃油浴锅中回流反应4h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为4％的NaOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：27；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为2h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：20；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为3h，浸泡温度为25℃；
烘干温度为60℃，烘干时间为24h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将氧化石墨烯超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1h；
氧化石墨烯与纤维素混合液的质量比为1：20；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
冷冻温度为-12℃，冷冻时间为12h；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌30min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3：1：0.15；
溶解反应时间为0.5h，溶解反应温度为-10℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃的条件下冷冻24h，之后在25℃的条件下解冻4h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡48h，之后再放入去离子水中浸泡48h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为72h。
实施例5
本发明一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废书刊依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
其中，干燥温度为50℃，干燥时间为12h，过筛时采用300目的筛网；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡2h，之后在85℃油浴锅中回流反应5h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
其中，碱溶液为质量分数为质量分数为4％的KOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：27；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
其中，超声分散时间为2h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：20；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
其中，浸泡时间为4h，浸泡温度为25℃；
烘干温度为60℃，烘干时间为24h；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将氧化石墨烯超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
其中，超声分散的时间为1h；
氧化石墨烯与纤维素混合液的质量比为1：100；
纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
冷冻温度为-12℃，冷冻时间为12h；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min，得到废纸纤维素溶液；
其中，废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.5：1：0.2；
溶解反应时间为1h，溶解反应温度为-10℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃的条件下冷冻24h，之后在25℃的条件下解冻4h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡48h，之后再放入去离子水中浸泡48h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶；
其中，冷冻干燥时，采用型号为FD-1A-50的冷冻干燥机，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为72h。
本发明制备的三维网络孔洞结构的废纸纤维素复合气凝胶，其具有质轻、比表面积大、孔隙率高等特点，同时，该纤维素复合气凝胶的机械性能较好，在水中也不会发生严重的结构坍塌现象。
本发明的方法，以生活中的废纸为原材料，通过加入少量的石墨烯或者氧化石墨烯制备废纸纤维素复合气凝胶，极大的提高了对染料的吸附效果；同时，该方法制备工艺简单、周期较短、绿色环保且生产成本低廉，符合可持续发展理念。
本发明方法制备的废纸纤维素/GO和废纸纤维素/GNS复合气凝胶的SEM图，如图1及图2所示，在图1中可明显的观察到纤维网络结构和片层石墨烯结构，且石墨烯片层均匀分散附着在交织的纤维素结构中，形成一种具有三维网络交联的孔洞结构；在图2中可明显的观察到分层孔洞结构，孔隙均一，废纸纤维素与氧化石墨烯交联明显，该三维孔洞结构可以很好的实现对染料的吸附。
本发明方法制备的废纸纤维素/GO复合气凝胶(CGO)、废纸纤维素/GNS复合气凝胶(CGNS)与不添加碳系物的纯废纸纤维气凝胶(CA)对亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)在不同波长下的吸光度曲线图，如图3及图4所示，其中MB和CR的标准浓度都为80mmol/L，吸附时间为12h，吸附剂的质量为0.02g，染料为20ml，室温下进行，吸附后取染料溶液的上清液，采用型号为723可见分光光度计检测。
由图3可知，与CA相比，在λ＝664nm处，CGO复合气凝胶对MB染料的吸光度峰值明显下降，说明其吸附效果较好，染料的去除率较高。同样的，由图4可知，λ＝498nm处与CA相比，CGNS复合气凝胶对CR的吸光度值明显下降，说明经吸附后，染料浓度下降，能有效去除染料。这是因为CA具有的三维网络交联结构可以存储吸附大量染料分子，且废报纸纤维表面存在大量的羟基，使得染料溶液中存在氢键作用力，去除大量染料分子。而CGO携带的羧基阴离子基团与MB溶液中的阳离子基团形成静电作用力，CGNS的六元苯环与CR染料中的偶氮基团易形成∏-∏键堆积，使得染料分子被复合气凝胶吸附，达到去除染料的目的。
本发明方法制备的废纸纤维素/GO(CGO)、废纸纤维素/GNS复合气凝胶(CGNS)与不添加碳系物的纯废纸纤维气凝胶(CA)对MB和CR的吸附量图，如图5所示，从图中可以看出，CA对MB和CR的吸附量大约相同为22.5mg/g，CGO对MB的吸附量可达54.2mg/g，而对CR的吸附量为17.9mg/g，这是因为CGO中的羧基阴离子与CR染料溶液中的阴离子形成排斥作用力，从而降低了吸附量。相反的，与CA对MB的吸附量相比，CGNS对MB的吸附量增加较小，说明CGNS与MB中的阳离子只存在很小的作用力，而对CR染料的吸附量因∏-∏键作用力的存在可达48.9mg/g。

Claims (6)

1.一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，制备废纸纤维素，具体步骤如下：
步骤1.1，将废纸依次进行干燥、粉碎及过筛处理，得到废纸纤维粉；
步骤1.2，将步骤1.1中得到的废纸纤维粉放入碱溶液中浸泡1h～2h，之后在80℃～90℃油浴锅中回流反应4h～5h，待回流反应结束后，将反应液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣a；
碱溶液为质量分数为3％～5％的NaOH溶液或者质量分数为3％～5％的KOH溶液；废纸纤维粉与碱溶液的质量比为1：20～35；
步骤1.3，将步骤1.2中的固体滤渣a超声分散在乙醇中，得到分散液，之后将分散液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，得到固体滤渣b；
步骤1.4，将步骤1.3中的固体滤渣b浸泡在质量分数为30％H2O2溶液中，得到混合液，之后将混合液采用250目尼龙网纱过滤网布过滤至中性，收集滤渣后放入烘箱中烘干，得到废纸纤维素；
步骤2，经步骤1后，采用废纸纤维素制备废纸纤维素复合气凝胶，具体步骤如下：
步骤2.1，将碳系物超声分散在纤维素混合液中，之后将其进行冷冻，得到碳系混合溶液；
碳系物与纤维素混合液的质量比为1：20～100；碳系物为石墨烯或者氧化石墨烯；纤维素混合液由质量比为7：12：81的NaOH、尿素和水组成；
步骤2.2，经步骤2.1后，将步骤1中的废纸纤维素加入到碳系混合溶液中进行溶解反应，之后加入固体交联剂KCl，并于室温下搅拌10min～30min，得到废纸纤维素溶液；
废纸纤维素、碳系混合溶液和固体交联剂KCl的质量比为0.3～0.5：1：0.15～0.2；溶解反应时间为0.5h～1h，溶解反应温度为-15℃～-10℃；
步骤2.3，将步骤2.2中得到的废纸纤维素溶液于-25℃～-20℃的条件下冷冻24h，之后在20℃～25℃的条件下解冻3h～4h，使其凝胶化，之后放入乙醇浸泡24h～48h，之后再放入去离子水中浸泡24h～48h，得到复合水凝胶，最后再进行冷冻干燥，得到废纸纤维素复合气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤1.1中，干燥温度为40℃～60℃，干燥时间为12h～24h；过筛时采用300目～400目的筛网。
3.根据权利要求1所述的一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤1.3中，超声分散时间为1h～2h，固体滤渣a与乙醇的质量比为1：5～30。
4.根据权利要求1所述的一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤1.4中，浸泡时间为3h～4h，浸泡温度为20℃～25℃；烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为12h～24h。
5.根据权利要求1所述的一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤2.1中，超声分散的时间为1h～2h；冷冻温度为-12℃～-15℃，冷冻时间为6h～12h。
6.根据权利要求1所述的一种由废纸制备纤维素复合气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤2.3中，冷冻干燥温度为55℃，冷冻干燥时间为48h～72h。
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