[发明专利]一种用于污水处理的纤维素基复合气凝胶

说明书

本发明提供纤维素基复合气凝胶，其是由丙烯酸六氟丁酯、阿魏酸及N,N‑亚甲基双丙烯酰胺通过自由基反应得到的共聚物与纤维素交联后经过循环冷冻干燥技术直接得到的；或者共聚物与纤维素交联后，使负载纳米TiOsubgt;2/subgt;的高岭土微球附着在其上面在经过循环冷冻干燥技术得到的；本发明提供的纤维素基复合气凝胶的制备方法简单，气凝胶孔隙率高、比表面积大且形状恢复性能优良，应用于污水处理中效果优异，对有机污染物及重金属离子的吸附性能优良，且可解析、再生，可实现多次循环使用，具有良好的应用潜力。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种用于污水处理的纤维素基复合气凝胶。

背景技术

环境保护是近几十年来科研界研究的重要内容之一，其中水污染环境问题尤为突出。然而我国水资源的人均占有量不及世界水平的三分之一。先天不足又遭遇后天污染，高强度的经济活动造成污废水的排放量相对的超过了流域的环境容量，除了洗涤水、粪便水以及各种生活垃圾、农业污水，工业废水也是重要的污染源。

工业废水污染是水系污染最重要的污染源，其量大、面广、成分复杂、毒性大、不容易净化、难处理的特点一直也是防治的关键。工业污水中常含有大量的难降解有机物，它们分子量大、毒性大、结构成分复杂，且长期残留、具有半挥发性，会诱发致癌、致畸、致突变效应，对人类具有严重的危害。氧化钛具有光催化活性，可以催化降解有机污染物，但由于粉体在使用过程中存在难分离、回收等问题，使其使用受到了限制，因此需要适当的载体不仅可以负载纳米TiO₂，又不影响纳米TiO₂光催化活性甚至还对其光催化活性有一定的促进作用。

污水中的重金属离子进入土壤后会造称土壤污染，进而进入农作物中或水体中使重金属离子富集，再通过食物链对人体产生严重危害。污水中的重金属是不能被破坏分解的，只能转移它们的存在位置或转变它们的物理化学状态，所以若要排除重金属离子的毒性，必须把重金属离子从污水中除去。气凝胶具有一定的吸附能力，但是普通气凝胶的吸附能力低、解吸与再生性能差，所以开发一种制备简单、吸附能力强且易解吸、可循环利用的气凝胶可大大降低成本、提高工作效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可高效降解污水中有机物并吸附去除重金属离子的纤维素基复合气凝胶。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纤维素基复合气凝胶，其制备方法包括以下步骤：

一、以丙烯酸六氟丁酯、阿魏酸及N，N-亚甲基双丙烯酰胺通过自由基聚合反应制备末端具有羧基与羟基的共聚物，之后将纤维素溶于共聚物溶液中，充分搅拌反应使纤维素与共聚物交联，待冷却至室温之后用去离子水洗涤、浸泡，重复2～3次，得到纤维素基复合水凝胶，备用；

二、称取高岭土微球浸泡于纳米TiO₂的水溶液中，摇床振荡2～3小时，抽滤、烘干，得到负载纳米TiO₂的高岭土微球，备用；

三、将步骤一制备的纤维素基复合水凝胶通过循环冷冻干燥技术直接得到纤维素基复合气凝胶；或者，将步骤二制备的负载纳米TiO₂的高岭土微球添加到步骤一的纤维素基复合水凝胶中，摇床振荡3～4小时，使微球附着在纤维素基复合水凝胶上，过滤、去离子水洗涤，之后通过循环冷冻干燥技术得到附着微球的纤维素基复合气凝胶。

优选地，步骤一所述自由基反应的步骤为：以质量比为1～3:2～4:4～7称取丙烯酸六氟丁酯、阿魏酸及N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中，加入引发剂过氧化苯甲酰，引发剂缓慢滴加，引发剂的量为单体总量的1％～3％，反应温度为60～80℃，反应时间为4-6小时；所述纤维素的添加量为单体总量的0.8～1.5倍，纤维素与共聚物反应时间为2～3小时，反应温度为80～90C；