[發明專利]一種Fe3O4@細菌纖維素/氧化石墨烯復合氣凝膠及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201811408439.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109499546A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 鐘明峰;許靜;張志杰;何峰;張子豪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;B09C1/00;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明提供一種Fe₃O₄@細菌纖維素/氧化石墨烯復合氣凝膠及其制備方法與應用。制備方法包括：細菌纖維素用水洗滌，氫氧化鈉堿液浸泡、脫糖處理；將經榨碎處理的細菌纖維素漿體，加入經超聲分散的氧化石墨烯混合液，攪拌均勻，然后超聲震動混合，靜置放置一段時間；加入適量的FeSO₄·7H₂O，FeCl₃·6H₂O，聚乙二醇4000和無水乙醇的混合液，在高溫攪拌下，滴加適量的氨水，反應一段時間，冷凍干燥后得到Fe₃O₄@細菌纖維素/氧化石墨烯復合氣凝膠材料；該材料用于處理污水和污染土壤中的Pb、Cd、Cu、Cr和Mn等重金屬吸附脫除，不僅提升了細菌纖維素的吸附性能，還增強了材料的分離效果，避免二次污染問題。

技術領域

本發明涉及水處理和土壤處理的吸附材料制備技術領域，具體涉及一種Fe₃O₄@細菌纖維素/氧化石墨烯復合氣凝膠的制備方法。

背景技術

近年來，隨著工業的發展，某些產業重金屬廢棄物未得到妥善處置，直接或間接排放到自然環境中，造成大面積重金屬污染，通過食物鏈影響動物和人類的健康。

為了減輕重金屬相環境的污染，國內外相重金屬廢水處理進行了研究。由于處理過程效率高、成本較低、方法簡單等優點，重金屬離子吸附法最為普遍。

細菌纖維素具有較高的純度和結晶度，表面呈網狀纖維排列，具有較大的比表面積，且分子中含有的羥基與重金屬離子作用，具備一定的吸附效果。在自然條件下，可通過微生物作用降解為小分子的糖類物質，不產生危害。作為可再生和可降解生物資源的重要材料，為可持續經濟發展戰略提供了重要意義。Lu等(Min LU,Zhang Y M,Guan X H,etal.Thermodynamics and kinetics of adsorption for heavy metal ions fromaqueous solutions onto surface amino-bacterial cellulose[J].Transactions ofNonferrous Metals Society of China,2014,24(6):1912-1917)發現細菌纖維素相Cd²⁺，Pb²⁺和Cu²⁺等重金屬具有一定的吸附效果，分別為28.321mg/g，22.536mg/g和13.158mg/g，但是吸附容量較低，通過改性，可以提高細菌纖維素的吸附性能。

氧化石墨烯是由碳原子sp²雜化形成六邊形的蜂巢結構的二維納米材料。邊界基團和表面缺陷，表面活性位點豐富，具有良好的吸附性能。Si(Si H,Luo H,Xiong G,etal.One-step in situ biosynthesis of graphene oxide-bacterial cellulosenanocomposite hydrogels.[J].Macromolecular Rapid Communications,2014,35(19):1706-11)等成功制備了BC/GO納米復合水凝膠材料，但制作周期長。使用的氧化石墨烯原料為單層結構，成本高，不利于量化生產。并且材料從水中分離工藝復雜。通過加入磁性納米顆粒，一方面簡化吸附材料的分離工藝，另一方面由納米顆粒帶來的比表面積的增大，可以進一步提高吸附性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種Fe₃O₄@細菌纖維素/氧化石墨烯復合氣凝膠及其制備方法與應用。本發明通過氧化石墨烯和磁性納米顆粒的改性，提高最終產品的吸附性能，尤其適用于吸附脫除污水和污染土壤中的Pb、Cd、Cu、Cr和Mn等重金屬。

本發明通過以下技術方案實現。