[發明專利]一種生物質基底的網狀多孔復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711220476.6
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107961766B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 趙鐘興;崔馨方;孫曉丹;魏雅男;趙禎霞
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 南寧啟創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

本發明公開了一種生物質基底的網狀多孔復合材的料制備方法，將羧甲基纖維素鈉凝膠(CMC)與均苯三酸(BTC)溶液按照質量比為1～4：1進行攪拌混合，混合均勻之后將混合溶液倒入底部插有金屬片的聚四氟乙烯模具中，用密封后放置于含液氮的容器中，速凍4～10min后，快速放入冷凍干燥機中干燥25～32h后取出即可得到生物質基底的網狀多孔復合材料。本發明采用冰凝冷凍法制備CMC?BTC復合材料，有利于復合材料在凍干過程中形成較為規整的冰晶網狀結構，可顯著提高其他吸附分子在網狀結構上的附著吸附力和均勻分散度，并用于高濃度有機廢水中重金屬離子的去除。

技術領域

本發明屬于新型功能材料領域，具體涉及網狀材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代社會的城市化推進和工業的飛速發展，越來越多的生活污水和工業廢水被排放至江河湖海中，而廢水中含有大量的重金屬離子已成為人們關注的焦點，工業廢水是造成環境嚴重污染的主要污染源，其中重金屬離子Cu²⁺、Pb²⁺、 Cd、Hg⁺和Ni³⁺及其化合物的比例較高。如何降解重金屬是目前水污染治理領域主要問題之一，而由于一般性吸附復合材料選擇性較差，對高濃度有機廢水中的重金屬吸附選擇性的干擾性強，因此合成出一種選擇性吸附重金屬能力強的材料是亟待解決的問題。

雖然現有的生物質材料羧甲基纖維素鈉(CMC)，可用來沉淀重金屬離子，且成本較低，但其表面光滑，吸附力不夠，效果不明顯。

發明內容

本發明針對現有網狀材料不均勻和吸附力弱而導致復合材料循環性能差等問題，提供一種生物質基底的網狀多孔復合材料及其制備方法。本發明利用冰凝冷凍法將復合材料中的冰晶模板完整保存下來，抽真空后，冰晶消失留下相對位置的孔隙，從而獲得高孔隙度和高強吸附結合的CMC-BTC復合材料。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明的生物質基底的網狀多孔復合材的料制備方法，將羧甲基纖維素鈉 (CMC)凝膠與均苯三酸(BTC)溶液按照質量比為1～4:1進行攪拌混合，混合均勻之后將混合溶液倒入底部插有金屬片的聚四氟乙烯模具中，在密封后以恒定速度放置于含液氮的容器中，速凍4～10min后，快速放入冷凍干燥機中干燥 25～32h后取出即可得到生物質基底的網狀多孔復合材料。

作為技術方案的優選，所述羧甲基纖維素鈉凝膠是將羧甲基纖維素鈉與水分按照質體比為4～6:100分3～10次加入到容器中，密封后置于50～60℃的水浴鍋中機械攪拌20-50min，轉速200～500rpm/min，制備CMC凝膠。由于CMC的聚合度較高，因此需少量多次添加，以防凝聚。

作為技術方案的優選，所述均苯三酸溶液是將均苯三酸與無水乙醇按照質體比為5～15:100進行混合，超聲3～10min使其充分溶解，即可得到均苯三酸溶液。

作為技術方案的優選，所述金屬片的材質為傳熱系數不同的金屬：銅、鐵或鋁，金屬片與模具底面的的傾斜角度為10°～30°。因為選擇不同傳熱系數的金屬片，可以使得復合材料從底部向上速凍，忽略聚四氟乙烯側壁對材料冷凍的影響。采用不同角度的金屬片使得其冷凍方向為底部尖端處向上規則地徑向生長，控制傾斜角在10°～30°之間，可以控制從模具底部徑向向上生長的生長速率和材料中冰晶的生長結構。

本發明的冷凍干燥機干燥的具體操作過程：

(a)預凍過程：待冷阱溫度保持-52～-50℃穩定10～15min后，將材料放置于冷阱內的托盤，冷凍1.5～2h；

(b)抽真空過程：待冷凍干燥機顯示屏幕上真空值達到約10Pa時開始計時， 25～30h后關閉冷凍干燥機。