[发明专利]一种木质素基复合水凝胶的制备及其在重金属离子吸附和发光材料中的应用

说明书

本发明公开了一种木质素基复合水凝胶的制备及其在重金属离子吸附和发光材料中的应用，属于功能材料领域。该水凝胶的制备方法包括：1)将氢氧化钠水溶液与丙烯酸在冰水浴条件下混合均匀，然后依次加入木质素磺酸盐、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，搅拌均匀。2)得到的混合溶液在超声辅助条件下进行自由基聚合反应，所得产物在无水乙醇中浸泡过夜，冷冻干燥后得到木质素基复合水凝胶。本发明不仅可以充分利用木质素这一工业废弃物，为其高值化利用提供一条新途径，而且制备的水凝胶对水体中的重金属离子具有极强的吸附能力。此外，吸附重金属离子后的水凝胶又可以应用于制备发光材料。因此，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种木质素基复合水凝胶的制备及其在重金属离子吸附和发光材料中的应用。

背景技术

随着工业化进程的推进，采矿、冶炼、电子、电镀、石油、肥料制造等行业会产生大量富含重金属离子的废水。这些废水的排放已经导致了重金属离子在天然水体中的富集。而由于重金属离子无法被降解，它们极易通过食物链进入人体，进而严重危害人类健康，如广西的镉污染事件、江苏血铅事件和陕西铅中毒事件等。因此，如何快速、高效地去除水体中的重金属离子已成为当前水污染控制研究领域的重大课题。

目前，水体中重金属离子去除的方法主要分为化学法，生物法和物理吸附法。相比而言，物理吸附法因其操作简单、成本低、无二次污染等优点受到了广大学者的高度关注。而利用物理吸附法的关键在于开发廉价高效的吸附材料。目前，已经开发的吸附材料主要包括活性炭、沸石、树脂和水凝胶。其中，水凝胶是一种新颖的三维网络结构材料，含有大量的羟基、胺基或羧基等官能团，这些官能团可以与水体中的重金属离子有效螯合，从而表现出优良的吸附性能。然而，当前的水凝胶材料多数是以不可再生的化学品为原料制成的，且在制备过程中往往需要使用大量的有机溶剂，如二甲基亚砜，甘油醚等。这不仅增加了水凝胶的制备成本，而且会对环境造成严重污染，不利于其工业化应用。此外，在当前的研究中，吸附重金属离子后的水凝胶往往作为固体废弃物被直接处理，这造成了资源的严重浪费。

发明内容

本发明针对现有重金属离子吸附材料制备及应用中的不足，提供了一种木质素基复合水凝胶的制备及其在重金属离子吸附和发光材料中的应用。本发明以工业木质素和丙烯酸单体为原料，通过超声辅助自由基聚合的方法制备了一种木质素基复合水凝胶，然后将其应用于重金属离子吸附和发光材料领域。本发明不仅可以为工业木质素的高值化利用提供一条新途径，而且制备的吸附剂对水体中的重金属离子具有极强的吸附能力。此外，吸附重金属离子后的水凝胶又可以被开发成一种发光强度高、持续时间长的发光材料。因此，本发明具有良好的应用前景。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将氢氧化钠水溶液与丙烯酸在冰水浴条件下混合均匀，然后依次加入木质素磺酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，搅拌均匀。

2)将步骤1)得到的混合溶液在超声辅助条件下进行自由基聚合反应，所得产物在无水乙醇中浸泡过夜，然后冷冻干燥得到木质素基复合水凝胶。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤1)中，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤1)中，所述氢氧化钠水溶液的浓度为5～10mol/L，优选为7～8mol/L；氢氧化钠水溶液与丙烯酸的体积比为1：1。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤1)中，所述丙烯酸、木质素磺酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸钾的比例为3mL：0.1～1.5g：0.01～0.03g：0.1～0.3g，优选为3mL：0.5～1.0g：0.01～0.02g：0.1～0.2g。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤2)中，所述自由基聚合反应的温度为40～80℃，优选为50～60℃；时间为1～3h，优选为1～2h。