一種胺化增強改性秸稈基復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種胺化增強改性秸稈基復合材料及其制備方法，以重量計，將80-90份的胺化增強改性秸稈、1-10份的氧化石墨烯、1-10份的海藻酸鹽緩慢加入到浴比1:10-20的去離子水中，超聲處理1-24h，再經鈣離子交聯、冷凍干燥制得胺化增強改性秸稈/氧化石墨烯/海藻酸鹽復合材料。本發明以胺化增強改性秸稈為載體負載氧化石墨烯和海藻酸鹽，經鈣離子交聯、冷凍干燥制得胺化增強改性秸稈/氧化石墨烯/海藻酸鹽復合材料。該復合材料具備綠色環保、機械性能好、組織結構規整、孔隙率高、吸附量大、吸附速度快、適用范圍廣、易于解吸，可重復利用等優點。
【專利說明】一種胺化增強改性秸稈基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于功能材料【技術領域】，特別涉及一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]我國的農作物秸桿資源擁有量居世界首位。我國糧食的播種面積約為1.13億hm2，糧食總產量4.9億t，玉米、小麥等谷物秸桿總產量為5億t，加上其他作物的秸桿，每年生產秸桿6億t以上。雖然2.5億t用于造肥還田；0.48億t用于工業原料；1.8億t用于農民生活燃料，但尚有1.2億t秸桿剩余，成為生活垃圾或白白燒掉。農作物秸桿是地球上第一大可再生資源，是農作物的重要副產品，焚燒造成了資源的巨大浪費、并且向空氣中放出大量的二氧化硫、苯丙吡等有害物質。充分挖掘秸桿的潛在價值，是近年來秸桿利用的主要發展方向。
[0003]隨著我國經濟、社會的快速發展，人口數量的不斷增長，工業化和城鎮化的加快推進，涉及水污染的行業正保持著強勁的增長勢頭，水污染事件頻發，給環境和人們的健康帶來了嚴重的損害，治理水污染已經成為一項刻不容緩的任務。
[0004]治理水污染的方法很多，傳統的有化學沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法、電解法、蒸發濃縮法、離子交換樹脂法等，但這些方法大多存在投資大、運行成本高、操作管理麻煩、并且會產生二次污染和不能很好地解決水資源再利用等問題。而生物質吸附劑具有吸附量大、吸附速度快、成本低、操作簡單、不產生二次污染等優點，越來越受到人們的青睞。作為一種富含纖維素和木質素的天然高分子材料，秸桿來源十分廣泛，將秸桿材料應用于水處理中，制備高效環保的水處理劑無疑極具經濟和社會價值。
[0005]本公司于2013年9月2日申請了一項發明專利CN201310391613.8，依次通過秸桿原材料發酵預處理、陽離子型改性處理、陰離子型改性處理、堿化和交聯制備等工藝步驟的特殊設計和相關參數的特殊優化，制備了一種吸附量大、吸附速度快、工藝流程成本低、工藝操作簡單、適合工業化生產且不產生二次污染的胺化增強改性秸桿吸附材料。
【發明內容】
[0006]本發明在此基礎上，結合氧化石墨烯和海藻酸鹽，制備了一種復合吸附材料，提供一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法。
[0007]本發明通過下述技術方案予以實現:以重量計，將80-90份的胺化增強改性秸桿、1-10份的氧化石墨烯、1-10份的海藻酸鹽緩慢加入到浴比1:10-20的去離子水中，超聲處理l-24h，再經鈣離子交聯、冷凍干燥制得胺化增強改性秸桿/氧化石墨烯/海藻酸鹽復合材料。
[0008]作為優選方案，所述的胺化增強改性秸桿為秸桿原材料依次經過陽離子改性、陰離子改性、堿化和交聯處理制備得到。詳細制備方法參見中國發明專利CN201310391613.8。
[0009]作為優選方案，所述的海藻酸鹽為海藻酸鈉、海藻酸鈣、海藻酸鉀、海藻酸銨中的一種或多種。
[0010]作為優選方案，鈣離子交聯的步驟為:向共混溶液中加入濃度為l-5wt%的氯化鈣溶液，混合攪拌后，向復合溶液中滴加lmol/L醋酸溶液，醋酸溶液與混合溶液的體積比為1:1-1:10，攪拌30-120min后，轉入模具靜置交聯l_48h，用蒸餾水反復清洗，所述的氯化鈣為海藻酸鹽質量的10%-20%。
[0011]作為優選方案，冷凍干燥工藝條件為:在-50°C?-20°c的溫度條件下以速度為rc /min升溫至室溫，再干燥處理l_24h。
[0012]本發明的原理為:秸桿的纖維素和半纖維素被木質素包裹，且高分子鏈間通過氫鍵作用緊密結合，結晶程度較高，因此秸桿材料通常具有水溶性差，反應活性差等不足之處。將秸桿纖維素經陽離子改性、陰離子改性、堿化和交聯處理后，可以破壞原有的有序結構，引進了陰離子基團、陽離子基團和氨基，提高了反應性。氧化石墨烯是石墨烯的派生物，與石墨烯的結構大體相同，其基面及邊緣含有大量羥基、羧基、羰基等功能性基團。海藻酸鹽是一種多糖化合物，表面富含活性基團。因而三者可以通過共價鍵、靜電引力、氫鍵等相互作用力產生緊密結合，形成復合材料。對水體中的雜質、印染廢水、帶有正電荷或負電荷的污染物、重金屬離子等均具有良好的吸附效果，污水處理適用范圍廣。
[0013]本發明具有如下有益效果:(I)本發明所用材料均為天然物質，來源豐富、價格低廉、綠色環保。(2)復合材料具有機械性能好、組織結構規整、孔隙率高、吸附量大、吸附速度快、適用范圍廣等優點，同時易于解吸，可重復利用。(3)制備的復合材料的吸附穩定性、耐熱性、耐熱水性、均勻性和持久性都有很大的提高。
【具體實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0015]實施例1:
將0.85g胺化增強改性稻桿、0.05g氧化石墨烯、0.1g的海藻酸鈉緩慢加入到1ml的去離子水中，超聲處理lh，加入0.2ml的5wt%的氯化鈣溶液，混合攪拌后，向復合溶液中滴加5ml的lmmol/ml醋酸溶液，攪拌30min后，轉入模具靜置交聯12h，用蒸餾水反復清洗。在_50°C的溫度條件下以速度為1°C /min升溫至室溫，再干燥處理12h制得胺化增強改性秸桿/氧化石墨烯/環糊精復合材料實施例2:
將0.9g胺化增強改性稻桿、0.05g氧化石墨烯、0.05g的海藻酸I丐緩慢加入到浴比20ml的去離子水中，超聲處理24h，加入0.5ml的2wt%的氯化鈣溶液，混合攪拌后，向復合溶液中滴加1ml的lmmol/ml醋酸溶液，攪拌60min后，轉入模具靜置交聯24h，用蒸餾水反復清洗。在_30°C的溫度條件下以速度為1°C /min升溫至室溫，再干燥處理1h制得胺化增強改性秸桿/氧化石墨烯/環糊精復合材料。
[0016]實施例3:
將0.8g胺化增強改性稻桿、0.1g氧化石墨烯、0.1g的海藻酸鉀緩慢加入到浴比15ml的去離子水中，超聲處理4h，加入2ml的lwt%的氯化鈣溶液，混合攪拌后，向復合溶液中滴加8ml的lmmol/ml醋酸溶液，攪拌120min后，轉入模具靜置交聯48h，用蒸餾水反復清洗。在_20°C的溫度條件下以速度為1°C /min升溫至室溫，再干燥處理24h制得胺化增強改性秸桿/氧化石墨烯/環糊精復合材料。
[0017]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，以重量計，將80-90份的胺化增強改性秸桿、1-10份的氧化石墨烯、1-10份的海藻酸鹽緩慢加入到浴比1:10-20的去離子水中，超聲處理一段時間，再經鈣離子交聯、冷凍干燥制得胺化增強改性秸桿/氧化石墨烯/海藻酸鹽復合材料。
2.根據權利要求1所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，所述的胺化增強改性秸桿為秸桿原材料依次經過陽離子改性、陰離子改性、堿化和交聯處理制備得到。
3.根據權利要求1所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，所述的海藻酸鹽為海藻酸鈉、海藻酸鈣、海藻酸鉀、海藻酸銨中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，超聲處理的時間為l_24h。
5.根據權利要求1所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，鈣離子交聯的步驟為:向共混溶液中加入濃度為l_5wt%的氯化鈣溶液，混合攪拌后，向復合溶液中滴加lmol/L醋酸溶液，酸溶液與混合溶液的體積比為1:1-1:10，攪拌30-120min后，轉入模具靜置交聯l_48h，用蒸餾水反復清洗。
6.根據權利要求1或5所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，所述的氯化鈣為海藻酸鹽質量的10%-20%。
7.根據權利要求1所述的一種胺化增強改性秸桿基復合材料及其制備方法，其特征在于，冷凍干燥工藝條件為:在_50°C?-20°C的溫度條件下以速度為1°C /min升溫至室溫，再干燥處理l_24h。
【文檔編號】B01J20/30GK104289197SQ201410565426
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】趙兵 申請人:蘇州正業昌智能科技有限公司