[发明专利]一种PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶的制备方法及应用

说明书

一种PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶的制备方法及应用，属于水处理用吸附材料研究领域。所述方法包括如下步骤：步骤一：将Kevlar纤维加入到DMSO的碱溶液中，常温下搅拌至纤维溶解，得到暗红色ANF溶液；步骤二：将不同代数PAMAM加入到步骤一得到的溶液中，充分超声混合后，得到一定浓度的混合溶液；步骤三：将步骤二得到的混合溶液加入到超纯水中进行质子交换，得到复合水凝胶；步骤四：将步骤三得到的水凝胶冷冻干燥得到PAMAM/ANF复合气凝胶。制备得到的气凝胶对染料和金属表现出优异的吸附性能。本发明结合了气凝胶和PAMAM分子的优势，且该方法步骤少，操作简单，性能优异，有利于工业化。

技术领域

本发明属于水处理用吸附材料研究领域，具体涉及一种PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶的制备方法及应用。

背景技术

飞速发展的现代工业导致的水污染问题引起了越来越广泛的关注。矿产、冶金、造纸、纺织、食品等现代工厂产生的工业废水含有大量的染料和金属离子，这对环境和人体是十分有害的。为了净化水资源，开发了各种各样的技术，包括化学沉积、膜过滤、生物处理等。但这些方法都有各自的缺点，如生成有毒副产物，耗能大和成本高等。吸附相对于上述方法而言，安全、有效、经济且易于操作，已经研究并应用了许多吸附材料，例如沸石，二氧化硅，小麦壳，橘皮，椰皮髓，杏仁壳，天然聚合物材料等。但这些吸附剂的吸附能力单一，无法同时吸附污水中的多种污染物。

较好的吸附性能要求吸附材料有较大的比表面积、对吸附质较大的亲和力以及较好的稳定性。树枝状高分子PAMAM分子链上有大量的氨基，这些基团对金属离子具有很强的亲和力，可以有效吸附去除污水中的金属离子，但其本身为无定形态，吸附处理后难以分离。气凝胶作为一种新兴材料，质轻而比表面积大，在吸附领域应用潜力大且已受到广泛研究，ANF气凝胶具有优异的亲水性、耐热性、化学惰性等优点在多个领域得到应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的吸附剂吸附能力单一、吸附后难分离的问题，提供一种PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶的制备方法及应用，该方法利用芳纶纳米纤维分子链之间及其与PAMAM分子之间的强氢键作用，综合了PAMAM分子对金属离子的亲和作用和ANF气凝胶的优势，不仅增强了吸附能力还能同时处理污水中的金属离子和有机染料，为吸附剂的发展提供一个新思路。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将Kevlar纤维加入到DMSO的碱溶液中，常温下搅拌至纤维溶解，得到暗红色ANF溶液；

步骤二：将PAMAM加入到步骤一得到的溶液中，加热混合均匀，充分超声混合后，降至室温，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液加入到超纯水中进行质子交换，充分静置以除去溶液中的DMSO和碱，得到复合水凝胶；

步骤四：用液氮将步骤三得到的复合水凝胶冷冻干燥，即得到PAMAM/芳纶纳米纤维复合气凝胶。

一种上述制备的复合气凝胶的应用，所述复合气凝胶用于对有机染料溶液进行吸附，具体为：取复合气凝胶，加入到50mg/mL～500mg/mL有机染料的水溶液中，将体系置于摇床中恒温震荡即可，所述复合气凝胶与有机染料的水溶液的混合比例为1～20mg：10mL～50mL。

一种上述制备的复合气凝胶的应用，所述复合气凝胶用于对金属离子溶液进行吸附，具体为：取复合气凝胶，加入到10mg/mL～500mg/mL金属离子的水溶液中，将体系置于摇床中恒温震荡即可，所述复合气凝胶与金属离子溶液的混合比例为5～30mg：10mL～50mL。