[发明专利]一种卡拉胶-氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备方法及其应用

说明书

一种卡拉胶‑氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备方法及其应用，该方法包括采用改良Hummers法制备氧化石墨烯和卡拉胶‑氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备。本发明制备过程简单，对环境污染较小。本发明得到的卡拉胶‑氧化石墨烯超大孔水凝胶作为吸附材料应用于水中亚甲基蓝染料的吸附，吸附效果良好。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶的制备方法及其应用，具体说是一种卡拉胶-氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备方法及其应用，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

水凝胶（hydrogels）是一种亲水性但不溶于水的高分子聚合物，它们在水中可迅速溶胀至一平衡体积而仍能保持其形状和三维空间网络结构，并在一定的条件下脱水退溶胀，是一类集吸水、保水、缓释于一体并且发展迅速的功能高分子材料。因其独特的吸水、保水及仿生特性，水凝胶被广泛应用于工业、农业、医药和生物工程材料领域，表面积较大，产生的表面效应以及量子效应，赋予了其独特力学、电学及磁学性能，在高分子材料增强、功能材料制备和生物医学等领域显示出诱人的应用前景。

根据孔径不同，水凝胶可以被分为微孔水凝胶（孔径10～100 nm）、大孔水凝胶（孔径100 nm～10 μm）和超大孔水凝胶（孔径为几十至几百微米）。超大多孔水凝胶（Superporoushydrogel，SPH）溶胀速率非常快，且溶胀速率与聚合物颗粒的大小无关，这对于克服通常粉末水凝胶的溶胀速率较低的不足具有一定的实际应用意义。

石墨烯（Graphene）是一种新型的二维纳米碳材料，具有优异的机械性能、电性能和热性能等，是聚合物纳米复合材料的理想填料。与石墨烯相比，二维的氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）不仅具有良好的机械性能，且表面含有大量的含氧基团而具有良好的水溶性，是比石墨烯及碳纳米管更好的纳米填料。

目前国外有关SPH制备及应用的研究报道较多，而国内则鲜有文献报道。近两年来国外有报道利用SPH作为吸附剂将染料从印染废水中去除，得到了很好的脱色效果，并克服了污泥增多而造成二次污染的缺点，具有耐久性、可循环使用等优点。多孔水凝胶应用于污水/废水处理的深度处理的相关研究已成为热点，并显示出良好的应用效果，在水处理领域具有极大的开发价值。

本发明主要寻找一种对水中染料亚甲基蓝具有明显吸附作用的新型材料，力求制备工艺简单，应用效果良好；采用氧化石墨烯和卡拉胶为原料，开发一种新型超大孔水凝胶吸附材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种卡拉胶-氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备方法和应用条件，制得的吸附材料制备过程简单，对环境污染较小，可再生，来源广泛，成本低廉，和合适的条件下对水中亚甲基蓝染料表现出良好的吸附效果。

发明人发现：（1）适量添加K^＋不仅在制备超大孔水凝胶时对凝胶强度具有重要的改善作用，在吸附体系中也能有效阻止已形成凝胶的卡拉胶发生过度溶胀而损失，且最适的氯化钾用量为0.04%（以卡拉胶质量为基准）；（2）氧化石墨烯的加入可增强卡拉胶对亚甲基蓝的吸附效果，同等条件下不仅可将吸附平衡时间从10 h缩短到4 h，而且吸附处理4h时能使吸附容量提高约42%；（3）采用低温冻结对凝胶多孔结构的形成、溶胀和吸附效果的提高具有促进作用；无水乙醇脱水是一种适宜的凝胶干燥方式，尽管干燥状态的结构看起来远不如冷冻干燥蓬松， 但对亚甲基蓝的吸附效果却优于采用冷冻干燥处理的，这可能是因为乙醇使凝胶孔隙发生凝聚和硬化，增强了其吸附性能；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种卡拉胶-氧化石墨烯超大孔水凝胶的制备方法，该方法包含以下步骤：