一种用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料领域，具体涉及一种用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 水凝胶是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部 分疏水基团和未水残基，未水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇 水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量 的水。将水凝胶进行处理后可广泛应用于饮品、食品、酿造、制药、化学化工、污水处理、环境 保护等行业的澄清净化、固液分离、过滤回收等生产过程中。而另一方面，由于聚乙烯醇和 淀粉制备的水凝胶材料具有三维网状结构，有致密且孔径较均匀的孔隙，经发泡处理后，材 料比表面积和吸附容量更大大，同时化学稳定性好，对水的浸润性和渗透性强，兼具对重金 属离子具有优良的过滤分离及吸附功能，是污水处理领域迫切急需的关键材料。
[0003] 中国专利公开号为CN101186720A公开了一种污水处理用聚乙烯醇发泡材料，该方 法是以聚乙烯醇、甲醛和淀粉为原料、硫酸为催化剂、硫酸钙为发泡剂制备的软质泡沫塑 料，其特征是添加有碳纳米管和聚乙二醇一道发泡。该发明的有益效果是:具有独特的吸附 性能，能吸附废水中悬浮颗粒和污渍，并有脱除异味和脱色效果。但是该方法制备的材料结 构稳定性和力学性能较差。
[0004] 中国专利公开号为CN103435832A公开了一种聚乙烯醇吸液海绵材料及其制备方 法，该发明先将聚乙烯醇和蒸馏水混合，在50~95 °C水浴下溶解，得到聚乙烯醇水溶液;然 后往聚乙烯醇水溶液中加入交联剂、催化剂、发泡剂、填孔剂和辅助发泡剂，在30~80°C水 浴下，搅拌混合均匀;把混合均匀的乳状液倒入模具，在30°C~90°C下进行交联反应;反应 30~60min形成泡孔后，维持温度继续加热固化2~8h，得聚乙烯醇吸液海绵材料。该发明的 优点是海绵泡孔均匀，吸水能力强，柔韧性和粘弹性佳，生物相容性好;但是该发明制备的 海绵材料的结构稳定性和力学性能较差。
[0005] 中国专利公开号为CN 103998499A公开了多孔质含水凝胶成型物、其制造方法及 其用途，该发明特征在于，含有用二醛进行缩醛化而得到的聚乙烯醇，成型物的冷冻干燥品 的孔径为〇 . 1~50μπι。此时，多孔质含水凝胶成型物优选还含有水溶性多糖。还优选聚乙烯 醇的缩醛化度为1~50mol%。还优选多孔质含水凝胶成型物为粒子，该粒子的球等效直径为 1~20mm。该发明制备的多孔质含水凝胶成型物的强度高，微生物的栖息性好，但是该发明 制备的材料结构稳定性较差且吸附效率较低。
[0006] 随着环境问题受到重视，污水处理材料作为污水处理技术中的重要组成部分，也 越加受到关注，而目前应用于污水处理的水凝胶材料的较少，限制了对污水处理材料的选 择，因此，开发一种适用于污水处理的具有比表面积大，结构稳固，过滤分离和吸附效率好， 同时具有优异的亲水性能和力学性能的水凝胶材料，对对丰富污水处理材料，促进污水处 理的发展具有重要意义。
【发明内容】
[0007] 本发明目的：为了丰富污水处理材料种类，本发明提供一种用于污水处理的淀粉 基水凝胶发泡材料，其比表面积大，结构稳固，过滤分离和吸附效率好，同时具有优异的亲 水性能和力学性能，为污水处理材料提供更多的选择。
[0008] 本发明采用的技术方案：为了解决上述问题，提供了一种用于污水处理的淀粉基 水凝胶发泡材料，由包含半纤维素和海泡石的以下材料以重量份制备而成： 淀粉 30-45 聚乙烯醇 20-30 海泡石 15-20 半纤维素 3.0-6.0 发泡材料 2.0-4.0 进一步地，所述淀粉为玉米淀粉。
[0009] 进一步地，所述海泡石为纤维状海泡石，粒径介于300纳米和500纳米之间，长径比 介于10:1和20:1之间。
[0010] 进一步地，所述半纤维素为秸杆半纤维素。
[0011 ] 进一步地，所述发泡材料由40wt%硫酸溶液、30wt%-40wt%甲醛溶液和碳酸镁粉末 组成，其中硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸镁粉末以重量比例2:2:1组成。。
[0012] 上述用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将重量份为15-20的海泡石和重量份为3.0-6.0的半纤维素置于水中，并进行超声 分散，形成悬浮液； (2) 将重量份为30-45的淀粉和重量份为20-30的聚乙烯醇加入水中，在加热温度为85 °(：下进行搅拌混合，搅拌转速450-600rpm，搅拌时间60-120分钟，形成聚乙烯醇和淀粉混合 液； (3) 将步骤(2)得到的聚乙烯醇和淀粉混合液，在加热温度为85°C下加入步骤（1)的悬 浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间60-90分钟，得到混合均匀的水凝胶初级 产物； (4) 将重量份为2.0-5.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸镁粉末加入到加热温度45°C的步 骤(3 )得到的水凝胶初级产物中，并进行搅拌，搅拌转速200-300rpm，搅拌时间20分钟，然后 注入到模具中，在环境温度55°C下进行缩醛反应，反应时间4小时后，取出发泡体进行洗涤 除杂，得到用于污水处理的水凝胶发泡材料。
[0013] 本发明的原理:利用半纤维素对水凝胶的三维网状结构具有增强增韧作用，以及 成本低廉的海泡石的优异的亲水性能、吸附性能和力学性能，将半纤维素和海泡石均匀的 穿插于聚乙烯醇和淀粉形成的三维网状水凝胶材料中，形成结构稳固，过滤分离和吸附效 率好，吸水率和耐盐性高，力学性能优异水凝胶初级产物，再通过发泡处理，制得比表面积 大，密度小，结构稳固，力学性能优异，亲水性能好的用于污水处理的水凝胶复合材料，降低 了生产成本；同时，由于海泡石提高了水凝胶的热分解温度，延长了用于污水处理的水凝胶 材料的使用寿命。
[0014] 本发明突出特点和有益效果在于： (1) 本发明的用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料经发泡处理后比表面积大，结构 稳固，大大提高了分离吸附效率； (2) 本发明的用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料亲水性能和力学性能好，通过将 半纤维素海泡石均匀的穿插于水凝胶材料中，使得用于污水处理的水凝胶材料的结构稳 固，亲水性能和力学性能增强； (3) 本发明用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料的生产工艺简单，成本低廉，安全环 保，具有较高的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0015] 下面根据具体实施例对本发明作更进一步的说明，以下所述仅是本发明的优选实 施方式，在相同原理下，可以做出部分改进，这些改进也属于本发明的保护范围内： 实施例1: 一种用于污水处理的淀粉基水凝胶发泡材料： (1) 将重量份为15的海泡石和重量份为3.0的半纤维素置于水中，并进行超声分散，形 成悬浮液； (2) 将重量份为30的淀粉和重量份为20的聚乙烯醇加入水中，在加热温度为85°C下进 行搅拌混合，搅拌转速450rpm，搅拌时间60分钟，形成聚乙稀醇和淀粉混合液； (3) 将步骤(2)得到的聚乙烯醇和淀粉混合液，在加热温度为85°C下加入步骤（1)的悬 浮液中，并在加入过程中进行超声搅拌，搅拌时间90分钟，得到混合均匀的水凝胶初级产 物； (4) 将重量份为2.0的硫酸溶液、甲醛溶液和碳酸镁粉末加入到加热温