一种海藻酸钠基类海绵体及其制备方法和应用

本发明涉及重金属离子吸附剂领域，特别涉及一种海藻酸钠基类海绵体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、海藻酸钠作为一种从褐藻或绿藻等藻类植物中提取出来的多糖碳水化合物，由于其含有丰富的羟基和羧基，能够与水中的各种污染物反应，被广泛用于水污染控制工程领域。但是，由于海藻酸钠机械性能差，在应用中稳定性低，易破碎，导致其无法大范围应用，一般需要通过物理交联和化学交联等改性手段来提升海藻酸钠的稳定性，从而更好应用在水处理领域。

2、现有技术中常用戊二醛(ga)作为海藻酸钠基材料的化学交联剂中，例如申请号为cn201610432403.2的发明专利，该发明基于戊二醛的作用，通过共价键的方式将海藻酸钠接枝交联到凹凸棒土表面，两者结合力强，在使用过程中海藻酸钠不易从载体表面脱落而自由团聚，对重金属污染体现出良好的吸附性能。又如申请号为cn202111484023.0的另一件发明专利，在海藻酸钠和聚乙烯醇溶液中加入高岭土和聚丙烯酰胺，搅拌得到混合溶液，然后表面喷涂cacl2水溶液离子渗透交联塑形，最后用戊二醛交联固化即可。

3、然而，戊二醛具有一定的细胞毒性，吸入、摄入或经皮吸收有害，吸入可引起喉、支气管的炎症、化学性肺炎、肺水肿等；对眼睛、皮肤和粘膜有强烈的刺激作用；而且，对环境有危害，对水体可造成污染。并且难以通过洗涤完全去除残留的戊二醛，使用戊二醛作为交联剂制备而成的材料，用于水污染的处理具有较大的危害，这与生物质材料绿色无污染的初衷相违背。因此，寻找一种更加绿色环保的交联剂是急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种海藻酸钠基类海绵体及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明提供一种海藻酸钠基类海绵体的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)聚氮杂环丙烷溶液中加入去离子水，混合均匀，调节ph至6-7，配制得到稀释的聚氮杂环丙烷溶液；

5、(2)将海藻酸钠分散于去离子水中，充分匀浆5-10分钟，配制得到糊状海藻酸钠；

6、(3)在连续搅拌的条件下，将步骤(1)中所得的稀释的聚氮杂环丙烷溶液分5次加入到步骤(2)所得的糊状海藻酸钠中，每次加入的量相同，相邻两次加入间隔的时间相同，稀释的聚氮杂环丙烷溶液添加完成后，继续匀浆一定时间，得到混合溶液；

7、(4)将步骤(3)中所得的混合溶液室温下静置24-48h，初步交联得到海藻酸钠/聚氮杂环丙烷结构体水凝胶；

8、(5)将多糖类粉末溶解在无水乙醇中并加入过硫酸铵溶液，在搅拌的条件下反应6～8h，然后在连续搅拌的条件下加入亚硫酸氢钠，并在水浴锅中边搅拌边加热0.5～1h，之后经过去离子水透析3～4天，制备得到多糖类二醛衍生物溶液；

9、(6)将步骤(4)制得的海藻酸钠/聚氮杂环丙烷结构体水凝胶加入步骤(5)制备的多糖类二醛衍生物溶液中，振荡24-48h，双重交联后，清洗、干燥，得到海藻酸钠基类海绵体。

10、优选地，上述制备方法中，步骤(1)中稀释的聚氮杂环丙烷溶液的质量分数为3％～6％；

11、优选地，上述制备方法中，步骤(1)中加入硝酸或盐酸调节ph值。

12、优选地，上述制备方法中，步骤(2)中配制得到的糊状海藻酸钠的质量分数为0.6％～1％。

13、优选地，上述制备方法中，步骤(3)中，每10s滴加一次稀释的聚氮杂环丙烷溶液，滴加完成后继续搅拌匀浆10-20s，得到混合溶液。

14、优选地，上述制备方法中，步骤(5)中，所述多糖类粉末为海藻酸钠粉末、壳聚糖粉末、葡聚糖粉末或植物淀粉粉末。

15、优选地，上述制备方法中，步骤(5)中，无水乙醇的质量为多糖类粉末质量的4-5倍；过硫酸铵溶液质量分数为4％～6％，其质量为无水乙醇的1.25-1.3倍；亚硫酸氢钠的质量为无水乙醇质量的0.02-0.05倍。

16、本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的海藻酸钠基类海绵体。

17、另外，所述海藻酸钠基类海绵体具有良好的重金属吸附能力，可以作为吸附剂应用于水污染控制工程中。

18、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明以海藻酸钠为基体，先将海藻酸钠与特定ph条件下的聚氮杂环丙烷溶液混合反应，初步交联形成海藻酸钠凝胶，再以自制的多糖类二醛衍生物溶液交联剂，与海藻酸钠凝胶反应，双重交联加固材料三维结构，形成海藻酸钠基类海绵体。本发明自制的多糖类二醛衍生物溶液具有较低的生物毒性，并且其上的醛基可与聚氮杂环丙烷中的氨基发生交联反应，为产生结构稳定、疏松多孔的海藻酸钠基类海绵体提供了很好的条件。本发明制备得到的海藻酸钠基类海绵体可以作为吸附剂应用于水污染控制工程，可塑性强可适应不同场景，无二次污染且易于固液分离。此外，本发明的制备方法简单，原材料绿色环保，容易获得，可推广性强。

20、2、本发明以过硫酸铵为氧化剂和引发剂，打断对多糖类分子链上的长链分子并氧化获得醛基，和聚氮杂环丙烷上的氨基基团充分反应，形成了稳定的结构，从而使聚氮杂环丙烷和海藻酸钠成功交联，获得了高强度的海藻酸钠基类海绵体，同时使用过硫酸铵为氧化剂和引发剂，具有低成本、不污染环境等优点，避免了使用戊二醛等高毒性物质，解决了因为化学交联剂的细胞毒性而限制其使用范围的情况。本发明提供的制备方法提高了吸附材料的稳定性与可塑性，降低了现有制备工艺的难度，制备得到的海藻酸钠基类海绵体在对一些重金属具有良好吸附效果(对cr(ⅵ)的吸附效率为95％)的同时，吸附材料本身也更加绿色环保。

21、3、本发明通过对海藻酸钠和聚氮杂环丙烷的充分反应初步成类海绵体，操作简洁方便，原材料绿色环保，容易获得，安全性高，可推广性强，制备工艺适合批量生产，制备得到的海藻酸钠基类海绵体具有稳定性更好的三维网络结构，可塑性强可适用于各种场景，在水污染控制工程领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种海藻酸钠基类海绵体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中稀释的聚氮杂环丙烷溶液的质量分数为3％～6％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加入硝酸或盐酸调节ph值。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中配制得到的糊状海藻酸钠的质量分数为0.6％～1％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，稀释的聚氮杂环丙烷的用量为糊状海藻酸钠质量的5％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，每10s滴加一次稀释的聚氮杂环丙烷溶液，滴加完成后继续搅拌匀浆10-20s，得到混合溶液。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述多糖类粉末为海藻酸钠粉末、壳聚糖粉末、葡聚糖粉末或植物淀粉粉末。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，无水乙醇的质量为多糖类粉末质量的4-5倍；过硫酸铵溶液质量分数为4％～6％，其质量为无水乙醇的1.25-1.3倍；亚硫酸氢钠的质量为无水乙醇质量的0.02-0.05倍。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的海藻酸钠基类海绵体。

10.根据权利要求9所述的海藻酸钠基类海绵体作为吸附剂在水污染控制工程中的应用。

技术总结本发明涉及重金属离子吸附剂领域，特别涉及一种海藻酸钠基类海绵体及其制备方法和应用，本发明以海藻酸钠为基体，先将海藻酸钠与特定pH条件下的聚氮杂环丙烷溶液混合反应，初步交联形成海藻酸钠/聚氮杂环丙烷结构体水凝胶，再以自制的多糖类二醛衍生物溶液为低毒性交联剂，与海藻酸钠凝胶反应，双重交联加固材料三维结构，形成海藻酸钠基类海绵体。所得海藻酸钠基类海绵体作为吸附剂可应用于水污染控制工程，可塑性强可适应不同场景，无二次污染且易于固液分离。此外，本发明的制备方法简单，原材料绿色环保，容易获得，可推广性强。技术研发人员：莫雅圆,杨先懿,陈秋怡,张喆,赵燕,刘金帅受保护的技术使用者：广西师范大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14