本發(fā)明涉及一種凈水材料及其制備方法，具體涉及一種魔芋葡甘聚糖凈水海綿及其制備方法。
背景技術(shù)：
水是生命之源，是生命存在的必要條件，是構(gòu)成人體組織的最重要成分。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水和生活污水等的大量排放造成了大范圍的水污染，污染水中含有的重金屬、有害細(xì)菌、有機(jī)毒物等對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，水污染是造成瘧疾、血吸蟲(chóng)病、登革熱、癌癥等重大疾病的主要原因，全世界每年大約有350萬(wàn)～500萬(wàn)人死于與水污染相關(guān)的疾病，在發(fā)展中國(guó)家大約有80%的疾病是通過(guò)引用不衛(wèi)生的水傳播的。目前常用物理吸附法、過(guò)濾法和化學(xué)法處理水體中的污染物，其中物理吸附法是目前最為常用的方法，優(yōu)質(zhì)的凈水材料是物理吸附高效處理水污染的先決條件，常見(jiàn)的凈水材料常存在易造成二次污染，凈化效率低，制備成本高等缺陷。
申請(qǐng)?zhí)枮?01210101501.X的發(fā)明專(zhuān)利“去除水中重金屬離子的生物凈水材料”（申請(qǐng)日：2012.04.09）提供了一種生物凈水材料的制備方法，此材料對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力，既可用于工業(yè)廢水的重金屬離子處理也可用于生活廢水的重金屬離子處理，但是該材料以微生物為主要原料，微生物培養(yǎng)的要求較高，操作繁瑣，成本較高，在一定程度上限制了該材料在水凈化領(lǐng)域的推廣。
申請(qǐng)?zhí)枮?01110144866.6的發(fā)明專(zhuān)利“一種凈水材料及其制備方法”（申請(qǐng)日：2011.05.31）提供了一種可對(duì)人體安全、廣譜抗菌、能殺滅水中有害細(xì)菌、除余氯、除重金屬、凈化水質(zhì)等多功能的凈水材料及其制備方法。該發(fā)明通過(guò)將常用吸附劑置于植物提取液浸泡后干燥后制得，所制得凈水材料具有對(duì)人體安全、廣譜抗菌、能殺滅水中有害細(xì)菌、除余氯、除重金屬、凈化水質(zhì)等功能，但該材料制備過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，吸附效率有待提高。
申請(qǐng)?zhí)枮?01410050095.8的發(fā)明專(zhuān)利“一種氧化石墨烯凈水濾芯的制備方法”（申請(qǐng)日：2014.02.14）提供了一種石墨烯基凈水材料及其制備方法和應(yīng)用，采用本發(fā)明制備的石墨烯海綿解決了傳統(tǒng)吸附過(guò)程中的一些問(wèn)題，為石墨烯在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但是在制備中使用了化學(xué)試劑硫脲，可能產(chǎn)生有害氣體，對(duì)人體健康存在潛在威脅。
隨著科學(xué)的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步、人口的迅猛增長(zhǎng)，污染物的處理不當(dāng)，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，嚴(yán)重的威脅著人類(lèi)的生存發(fā)展；同時(shí)也造成了資源的極大浪費(fèi)。因此，如何制備出高效、廉價(jià)的凈水材料是當(dāng)前科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，也是保護(hù)環(huán)境，保證人類(lèi)飲水安全的有效途徑。
物理吸附法是處理水環(huán)境中污染物的常用方法之一，選擇合適的凈水材料是污染物吸附處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在水環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，制備簡(jiǎn)單、廉價(jià)易得、天然可降解的凈水材料呼之欲出，將為水環(huán)境污染的治理提供新的方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種與現(xiàn)有凈水材料不同的魔芋葡甘聚糖凈水海綿及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明以魔芋葡甘聚糖為主要成分，利用其良好的吸水性、溶脹性和凝膠性，將其加入到堿性氧化石墨烯溶液中脫乙?；纬墒杷牟豢赡婺z，再經(jīng)真空干燥制備成多孔隙、可降解、高吸附率、抗菌殺菌、綠色環(huán)保的凈水海綿。
本發(fā)明的一種魔芋葡甘聚糖凈水海綿的制備方法，包括氧化石墨烯溶液的制備、堿性氧化石墨烯溶液的配制、脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠的制備、不可逆凝膠的制備、凈水海綿的制備；其特征在于制備步驟如下：
（1）氧化石墨烯溶液的制備：取3.0g 325目的石墨、3.0g NaNO3和140mL濃H2SO4加至燒杯，于冰水浴下磁力攪拌反應(yīng)15min，再取24g KMnO4緩慢加至反應(yīng)體系，在35℃水浴下攪拌2h，形成深綠色粘稠狀物質(zhì)；將水浴溫度升至90℃，向反應(yīng)體系加入40mL去離子水，持續(xù)攪拌1h后加入18mL H2O2溶液和100 mL去離子水，得到淺棕黃色溶液，再向體系加入200 mL HCl溶液，洗滌，去除上清液，重復(fù)洗滌3次，最后向體系加入800 mL去離子水，于9000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，去除上清液，重復(fù)洗滌至上清液pH值為7.0，制得不含雜質(zhì)的GO；將制得的GO分散于1L去離子水中，在30kHz的功率下超聲處理（1）氧化石墨烯溶液的制備：取3.0g 325目的石墨、3.0g NaNO3和140mL濃H2SO4加至燒杯，于冰水浴下磁力攪拌反應(yīng)15min，再取24g KMnO4緩慢加至反應(yīng)體系，在35℃水浴下攪拌2h，形成深綠色粘稠狀物質(zhì)；將水浴溫度升至90℃，向反應(yīng)體系加入40mL去離子水，持續(xù)攪拌1h后加入18mL H2O2溶液和100 mL去離子水，得到淺棕黃色溶液，再向體系加入200 mL HCl溶液，洗滌，去除上清液，重復(fù)洗滌3次，最后向體系加入800 mL去離子水，于9000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，去除上清液，重復(fù)洗滌至上清液pH值為7.0，制得不含雜質(zhì)的GO；將制得的GO分散于1L去離子水中，在30kHz的功率下超聲處理3h制得3.0 mg/mL的氧化石墨烯溶液,備用；所述H2O2溶液，指重量百分比為30%的 H2O2溶液；HCl溶液，指體積比為1:10的HCl溶液；
（2）堿性氧化石墨烯溶液的配制：按質(zhì)量份，取步驟（1）制得的氧化石墨烯溶液55份，加水43份，攪拌均勻，再加入0.24份無(wú)水Na2CO3，攪拌至Na2CO3完全溶解，配制成堿性氧化石墨烯溶液，備用；
（3）脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠的制備：按質(zhì)量份，取1.8份的魔芋葡甘聚糖加至步驟（2）制得的堿性氧化石墨烯溶液中，在40℃下，以350 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌4 min，制得脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠，備用；
（4）不可逆凝膠的制備：取出步驟（3）制得的脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠于90℃水浴加熱2h，再冷卻至室溫后，放置于-18℃冰箱中冷凍17h；取出，置于室溫下解凍，制得魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠，備用；
（5）凈水海綿的制備：取出步驟（4）制得的魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠置于真空干燥箱中，在35℃，-0.09MPa下真空干燥29h，制得魔芋葡甘聚糖凈水海綿。
本發(fā)明還保護(hù)用上述方法制備的魔芋葡甘聚糖凈水海綿。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益之處：本發(fā)明的魔芋葡甘聚糖凈水海綿，以天然高分子化合物——魔芋葡甘聚糖為主要成分，通過(guò)加入Na2CO3使魔芋葡甘聚糖脫乙?；?，進(jìn)而形成不可逆凝膠，在制備中加入氧化石墨烯增強(qiáng)魔芋葡甘聚糖不可逆凝膠的強(qiáng)度，不可逆凝膠通過(guò)真空干燥，制得的魔芋葡甘聚糖凈水海綿具有豐富的孔隙和極大的比表面積，極大的增強(qiáng)了凈水海綿的吸附性能，凈水海綿的超輕質(zhì)量使其可以懸浮于污染水中，有利于水中污染物的吸附；同時(shí)魔芋葡甘聚糖和氧化石墨烯都有出色的抗菌性能，因此制備的凈水海綿還具有抗菌性能可以有效的殺死有害微生物，抑制水中有害細(xì)菌的滋生。由于魔芋葡甘聚糖來(lái)源廣泛，氧化石墨烯的成本低廉，因此，本發(fā)明的魔芋葡甘聚糖凈水海綿還具有成本低廉、天然可降解、易推廣等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的魔芋葡甘聚糖凈水海綿與相關(guān)凈水材料相關(guān)性能測(cè)試對(duì)比結(jié)果如表1所示。
表1 本發(fā)明魔芋葡甘聚糖凈水海綿與相關(guān)凈水材料的性能測(cè)試對(duì)比結(jié)果
經(jīng)過(guò)上述測(cè)試對(duì)比，本發(fā)明的魔芋葡甘聚糖凈水海綿在吸附性能，抗菌性能，可推廣性，潛在危害，原料價(jià)格，可降解性等指標(biāo)上都表現(xiàn)出較市面上其他凈水材料更優(yōu)的結(jié)果，可成為水污染處理中廣泛使用的凈水材料。
具體實(shí)施方式
為了充分公開(kāi)本發(fā)明魔芋葡甘聚糖凈水海綿及其制備方法，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1、一種魔芋葡甘聚糖凈水海綿的制備方法，包括以下步驟：
（1）氧化石墨烯溶液的制備：取3.0g 325目的石墨、3.0g NaNO3和140mL濃H2SO4加至燒杯，于冰水浴下磁力攪拌反應(yīng)15min，再取24g KMnO4緩慢加至反應(yīng)體系，在35℃水浴下攪拌2h，形成深綠色粘稠狀物質(zhì)；將水浴溫度升至90℃，向反應(yīng)體系加入40mL去離子水，持續(xù)攪拌1h后加入18mL H2O2溶液和100 mL去離子水，得到淺棕黃色溶液，再向體系加入200 mL HCl溶液，洗滌，去除上清液，重復(fù)洗滌3次，最后向體系加入800 mL去離子水，于9000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，去除上清液，重復(fù)洗滌至上清液pH值為7.0，制得不含雜質(zhì)的GO；將制得的GO分散于1L去離子水中，在30kHz的功率下超聲處理3h制得3.0 mg/mL的氧化石墨烯溶液,備用；所述H2O2溶液，指重量百分比為30%的 H2O2溶液；HCl溶液，指體積比為1:10的HCl溶液；
（2）堿性氧化石墨烯溶液的配制：按質(zhì)量份，取步驟（1）制得的氧化石墨烯溶液25份，加水73份，攪拌均勻，再加入0.20份無(wú)水Na2CO3，攪拌至Na2CO3完全溶解，配制成堿性氧化石墨烯溶液，備用；
（3）脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠的制備：按質(zhì)量份，取1.5份的魔芋葡甘聚糖加至步驟（2）制得的堿性氧化石墨烯溶液中，在40℃下，以350 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3 min，制得脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠，備用；
（4）不可逆凝膠的制備：取出步驟（3）制得的脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠于90℃水浴加熱1h，再冷卻至室溫后，放置于-18℃冰箱中冷凍15h；取出，置于室溫下解凍，制得魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠，備用；
（5）凈水海綿的制備：取出步驟（4）制得的魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠置于真空干燥箱中，在35℃，-0.09MPa下真空干燥24h，制得魔芋葡甘聚糖凈水海綿。
實(shí)施例2、一種魔芋葡甘聚糖凈水海綿的制備方法，包括以下步驟：
（1）氧化石墨烯溶液的制備：取3.0g 325目的石墨、3.0g NaNO3和140mL濃H2SO4加至燒杯，于冰水浴下磁力攪拌反應(yīng)15min，再取24g KMnO4緩慢加至反應(yīng)體系，在35℃水浴下攪拌2h，形成深綠色粘稠狀物質(zhì)；將水浴溫度升至90℃，向反應(yīng)體系加入40mL去離子水，持續(xù)攪拌1h后加入18mL H2O2溶液和100 mL去離子水，得到淺棕黃色溶液，再向體系加入200 mL HCl溶液，洗滌，去除上清液，重復(fù)洗滌3次，最后向體系加入800 mL去離子水，于9000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，去除上清液，重復(fù)洗滌至上清液pH值為7.0，制得不含雜質(zhì)的GO；將制得的GO分散于1L去離子水中，在30kHz的功率下超聲處理3h制得3.0 mg/mL的氧化石墨烯溶液,備用；所述H2O2溶液，指重量百分比為30%的 H2O2溶液；HCl溶液，指體積比為1:10的HCl溶液；
（2）堿性氧化石墨烯溶液的配制：按質(zhì)量份，取步驟（1）制得的氧化石墨烯溶液38份，加水62份，攪拌均勻，再加入0.21份無(wú)水Na2CO3，攪拌至Na2CO3完全溶解，配制成堿性氧化石墨烯溶液，備用；
（3）脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠的制備：按質(zhì)量份，取2.0份的魔芋葡甘聚糖加至步驟（2）制得的堿性氧化石墨烯溶液中，在40℃下，以350 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌2 min，制得脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠，備用；
（4）不可逆凝膠的制備：取出步驟（3）制得的脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠于90℃水浴加熱1.5h，再冷卻至室溫后，放置于-18℃冰箱中冷凍18h；取出，置于室溫下解凍，制得魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠，備用；
（5）凈水海綿的制備：取出步驟（4）制得的魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠置于真空干燥箱中，在35℃，-0.09MPa下真空干燥22h，制得魔芋葡甘聚糖凈水海綿。
實(shí)施例3、一種魔芋葡甘聚糖凈水海綿的制備方法，包括以下步驟：
（1）氧化石墨烯溶液的制備：取3.0g 325目的石墨、3.0g NaNO3和140mL濃H2SO4加至燒杯，于冰水浴下磁力攪拌反應(yīng)15min，再取24g KMnO4緩慢加至反應(yīng)體系，在35℃水浴下攪拌2h，形成深綠色粘稠狀物質(zhì)；將水浴溫度升至90℃，向反應(yīng)體系加入40mL去離子水，持續(xù)攪拌1h后加入18mL H2O2溶液和100 mL去離子水，得到淺棕黃色溶液，再向體系加入200 mL HCl溶液，洗滌，去除上清液，重復(fù)洗滌3次，最后向體系加入800 mL去離子水，于9000r/min的轉(zhuǎn)速下離心30min，去除上清液，重復(fù)洗滌至上清液pH值為7.0，制得不含雜質(zhì)的GO；將制得的GO分散于1L去離子水中，在30kHz的功率下超聲處理3h制得3.0 mg/mL的氧化石墨烯溶液,備用；所述H2O2溶液，指重量百分比為30%的 H2O2溶液；HCl溶液，指體積比為1:10的HCl溶液；
（2）堿性氧化石墨烯溶液的配制：按質(zhì)量份，取步驟（1）制得的氧化石墨烯溶液55份，加水43份，攪拌均勻，再加入0.24份無(wú)水Na2CO3，攪拌至Na2CO3完全溶解，配制成堿性氧化石墨烯溶液，備用；
（3）脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠的制備：按質(zhì)量份，取1.8份的魔芋葡甘聚糖加至步驟（2）制得的堿性氧化石墨烯溶液中，在40℃下，以350 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌4 min，制得脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠，備用；
（4）不可逆凝膠的制備：取出步驟（3）制得的脫乙酰魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯溶膠于90℃水浴加熱2h，再冷卻至室溫后，放置于-18℃冰箱中冷凍17h；取出，置于室溫下解凍，制得魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠，備用；
（5）凈水海綿的制備：取出步驟（4）制得的魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯不可逆凝膠置于真空干燥箱中，在35℃，-0.09MPa下真空干燥29h，制得魔芋葡甘聚糖凈水海綿。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。