[发明专利]一种基于贻贝仿生磁性吸油材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于贻贝仿生磁性吸油材料及其制备方法，属于环境功能材料制备技术领域。利用天然海绵状生物质向日葵茎髓为结构模板构筑复合材料，基于贻贝仿生原理利用弱碱性条件下多巴胺的自聚合反应生成强吸附力层，继而对吸附的金属离子高温煅烧得到多孔道Fe/C复合体，最终通过疏水改性实现高效吸油；既能发挥天然生物质海绵结构优势，又能实现磁性粒子便于回收富集等特性，具有较好的应用实施前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种基于贻贝仿生磁性吸油材料及其制备方法，以天然生物质向日葵茎髓为模板并利用贻贝仿生原理引入强粘附特性的多巴胺，为制备该类型材料提供了一种新的方法。

背景技术

世界范围内的经济持续繁荣催生石油开采、海上贸易运输等行业高速发展，同时伴生日益严峻的海洋及水域油类污染问题，这成为海洋及水域环境与生态修复研究工作的持久热点。以物理吸附作用富集油类污染物的吸油材料是一类很有应用前景的材料。

目前该领域比较引人瞩目的材料包括碳纳米管基体相材料，碳纳米管基“海绵”，聚苯乙烯纤维类材料，石墨烯类气凝胶及海绵态材料，聚甲基倍半硅氧烷类海绵态材料等。上述材料虽然都具有某些方面的优异性能，但也都有一些局限与不足，例如制备过程复杂，要求工艺条件苛刻，原料成本高等。

自然界中许多生物质材料是千百万年进化演进而来，为适应各种自然情况进化选择得到了具有各种特定性能的特殊结构，其中一些具有特定海绵结构的物质。本专利中采用的向日葵茎髓就是其中一种。向日葵是一种天然植物，其主要成分是纤维素，纤维素又以微纤丝的方式分布在胞壁中。其特殊的胞体形状和复合结构，是目前高分子泡沫材料中所少见的，也是大自然赋予的全新结构。向日葵髓芯是一种天然低密度泡沫体，由一种近似十四面体形状的胞体构成，具有独特形态结构和良好缓冲性能，髓芯中心区域由较规则十四面体形状胞体构成，外围由伸长十四面体或近似管状胞体绕圆形区域沿径向呈发散排列。以向日葵茎髓作为模板构建复合材料体系，经过煅烧处理除去生物质模板可以得到类海绵结构，后续的硅烷化改性又可以赋予材料疏水亲油特性，使其具备良好吸油性能。

另外，在各种复合材料中引入磁性粒子实现便捷回收或远距离操作在很多应用领域都有报道，例如基于铁氧化物、铁酸盐的微-纳尺寸磁性吸收材料，以无机物(碳、硅、石墨烯及沸石)或有机化合物(大分子、多糖、聚合物及生物分子)为支持物；在环境、生物医疗等领域得到广泛应用，可用于重金属去除，对油类、染料、有毒有机物、生物分子、药类的分离吸附及各种催化过程。磁性吸附剂或催化剂在吸附或反应完后通过简单磁铁富集就能从反应介质中分离除去。在吸油及环境工程领域，磁性功能材料更有其独特优势，可在磁作用下前往污染区域并在吸油后方便回收。

对天然生物材料的结构、性能和生长机理的分析与复制而得到的仿生材料是当今材料科学研究的前沿课题。海洋生物贻贝具有惊人吸附能力，对其足丝结构的研究发现其中主要起作用的成分为多巴胺和赖氨酸；进一步证明，多巴胺在碱性条件下自聚形成聚多巴胺，具有很高的粘性。从此，一种普适性的表面修饰手段开始受到广泛重视——通过贻贝仿生，可以在材料表面引入碳碳双键，羟基，氨基，在空气氧化下也会形成醌基，从而为进一步表面修饰提供可能，这种简单有效的方法已经广泛地被应用到电极制备及改性，电池处理，催化，分析，生物医药，生物成像，抗菌材料，气体分子分离膜材料，油水分离，污水处理等方面。

本发明以天然生物质向日葵茎髓为模板，基于贻贝仿生原理利用多巴胺弱碱性条件的自聚合反应生成强吸附力层，继而对吸附的金属离子高温煅烧得到Fe/C复合材料，构筑磁性海绵体系，最终通过疏水改性实现高效吸油；既能发挥天然生物质海绵结构优势，又能实现磁性粒子便于回收富集等特性。目前此种通过引入天然生物质向日葵茎髓及利用贻贝仿生作用形成磁性复合材料实现吸油处理后快捷便利回收尚未见报道。

发明内容