Page 75 - 《精细化工》2020年第5期

第 5 期 何梦奇，等: GO/GA-g-PAMPS 复合水凝胶的制备及其对阳离子染料的吸附性能 ·925·

氧化石墨烯（GO）是一种二维层状结构的碳纳 优索化工科技有限公司；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺
米材料，具有比表面积大、力学性能高和生物毒性 酸（AMPS），工业品，山东联盟化工集团有限公司；
低等特点 [1-3] 。其表面或边缘含有环氧基、羟基、羰 N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA），AR，上海国
基及羧基等亲水含氧官能团，对废水处理和净化方 药集团化学试剂有限公司；过硫酸铵（APS），AR，
面具有优异的性能，是一种高效吸附材料 [4-5] 。由于 上海沃凯生物技术有限公司；亚甲基蓝（MB），AR，
GO 在水中有很好的分散性以及具有纳米尺寸的特 河南三顺教学仪器有限公司；结晶紫（CV），AR，
性，吸附后不容易与污染物分离，在实际应用中常 天津市光复精细化工研究所；浓硫酸（质量分数
常是通过采用化学改性或与其他物质制备复合材料 98%）、H 3 PO 4 、NaOH、乙醇（C 2 H 5 OH）、HCl（质
[6]
等方法来实现对 GO 的分离和重复使用 。 量分数 36%），AR，汕头市西陇化工有限公司；高
水凝胶是一种在水中能够吸收大量水分而不 锰酸钾、双氧水（质量分数 30%），AR，江苏强盛
被溶解的高分子聚合物，其三维空间网状结构的聚 功能化学股份有限公司。
合物骨架上存在多种活性功能性基团。由于这些特 JK-5200DB 型数控超声仪，合肥金尼克机械制
殊性能，水凝胶已经被广泛地应用于农业卫生、环 造有限公司；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌
境保护和药物缓释等领域 [7-9] 。生物高分子水凝胶因 器，河南省予华仪器有限公司；UV-2550 型紫外-
具有生物相容性好、环境友好、价格低廉等优势， 可见分光光度计，日本岛津公司；Nicolet-380 红外
已成为水凝胶研究的新热点 [10-11] 。阿拉伯胶（GA） 光谱仪，美国 Thermo 公司；XD-3 型多晶 X 射线
是半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖和葡萄糖醛酸的分支 粉末衍射仪，北京普析通用仪器有限责任公司；
聚合物，具有生物相容性好、可生物降解、在较大 Nicolet-380 傅里叶变换红外光谱仪，美国 Thermo
pH 值范围内溶液稳定性好等优点 [12] ，GA 作为一种 公司；S-3000N 扫描电子显微镜，日本日立公司。
天然大分子多糖，主要应用于食品、医药、化妆品等 1.2 氧化石墨烯（GO）的制备
[20]
行业 [13] 。近年来，GA 也逐渐被用于通过接枝共聚反 采用改进的 Hummers 法制备氧化石墨烯（GO） 。
应合成高分子水凝胶，并表现出一些新颖的特性 [14-15] 。 将 360 mL 浓硫酸和 40 mL 浓磷酸依次加入烧杯中，
目前，氧化石墨烯/生物高分子复合水凝胶已 将其放入恒温加热磁力搅拌器的水浴锅中，加入
经成为水凝胶设计的一个新方向，GO 表面的含氧 3.0 g 石墨粉，搅拌均匀，再将 18.0 g 高锰酸钾缓慢
官能团可以通过化学键或氢键与生物高分子形成 加入，将反应物加热到 50 ℃，持续搅拌 12 h。反
良好的界面相互作用，从而制备出力学性能及生物 应结束后，将反应物冷却至室温，将产物倒入
相容性得到有效提高的高吸附性水凝胶 [16] ，氧化石 400 mL 冰中，在常温下搅拌，加入质量分数 30%的
墨烯/生物高分子水凝胶在废水污染物处理中表现 双氧水直至反应液呈亮黄色。将反应液进行抽滤，
出良好的吸附性能 [17-19] ，然而氧化石墨烯/阿拉伯 用质量分数 5%的盐酸溶液洗涤至不含硫酸根离子，
胶（GO/GA）复合水凝胶却鲜有报道。基于此，本 用去离子水洗涤至中性，最后在真空干燥箱 60 ℃
研究拟采用改进的 Hummers 法来制备 GO，以 GA 下干燥 48 h 得到氧化石墨烯。称取 1.0 g 氧化石墨
为生物高分子添加物，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 溶解于 1000 mL 蒸馏水中，置于 150 W 的超声反应
（AMPS）为有机单体，通过一步水热法来制备 装置中超声 1 h，得到 1 g/L 的 GO 溶液。
GO/GA-g-PAMPS 复合水凝胶。考察复合水凝胶对 1.3 GO/GA-g-PAMPS 复合水凝胶的制备
亚甲基蓝（MB）和结晶紫（CV）阳离子染料的吸 称取 2.0 g AMPS 加入 10 mol/L 的 NaOH 调节
附行为和重复使用性能，并对水凝胶的吸附动力学 中和度。放入恒温加热磁力搅拌器搅拌均匀后加入
和热力学行为进行研究，为氧化石墨烯/生物高分 0.3 g 的 GA 使溶液完全混合，再加入不同用量的
子水凝胶在染料废水处理等领域提供理论基础和 GO 溶液，加入 0.01 g 交联剂 NMBA 和 0.07 g 引发
实验依据。 剂 APS。升温至 60 ℃搅拌 30 min，在 60 ℃静置

反应 1 h 分别制得 GO-ρ(GO-0、GO-0.1、GO-0.2、
1 实验部分
GO-0.3、GO-0.4、GO-0.5)的 GO/GA-g-PAMPS 复合
1.1 试剂及仪器 水凝胶。ρ 表示 GO 的质量浓度。将制备的水凝胶放
天然鳞片石墨（325 目），青岛华泰润滑密封科 入去离子水中浸泡 48 h 去除未反应物，然后放入 60 ℃
技有限责任公司；阿拉伯胶（GA），工业品，山东 的干燥箱干燥至恒重以待备用。合成路线如下所示：