[发明专利]一种Fe3O4@细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种Fe₃O₄@细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法与应用。制备方法包括：细菌纤维素用水洗涤，氢氧化钠碱液浸泡、脱糖处理；将经榨碎处理的细菌纤维素浆体，加入经超声分散的氧化石墨烯混合液，搅拌均匀，然后超声震动混合，静置放置一段时间；加入适量的FeSO₄·7H₂O，FeCl₃·6H₂O，聚乙二醇4000和无水乙醇的混合液，在高温搅拌下，滴加适量的氨水，反应一段时间，冷冻干燥后得到Fe₃O₄@细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶材料；该材料用于处理污水和污染土壤中的Pb、Cd、Cu、Cr和Mn等重金属吸附脱除，不仅提升了细菌纤维素的吸附性能，还增强了材料的分离效果，避免二次污染问题。

技术领域

本发明涉及水处理和土壤处理的吸附材料制备技术领域，具体涉及一种Fe₃O₄@细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法。

背景技术

近年来，随着工业的发展，某些产业重金属废弃物未得到妥善处置，直接或间接排放到自然环境中，造成大面积重金属污染，通过食物链影响动物和人类的健康。

为了减轻重金属相环境的污染，国内外相重金属废水处理进行了研究。由于处理过程效率高、成本较低、方法简单等优点，重金属离子吸附法最为普遍。

细菌纤维素具有较高的纯度和结晶度，表面呈网状纤维排列，具有较大的比表面积，且分子中含有的羟基与重金属离子作用，具备一定的吸附效果。在自然条件下，可通过微生物作用降解为小分子的糖类物质，不产生危害。作为可再生和可降解生物资源的重要材料，为可持续经济发展战略提供了重要意义。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)发现细菌纤维素相Cd²⁺，Pb²⁺和Cu²⁺等重金属具有一定的吸附效果，分别为28.321mg/g，22.536mg/g和13.158mg/g，但是吸附容量较低，通过改性，可以提高细菌纤维素的吸附性能。

氧化石墨烯是由碳原子sp²杂化形成六边形的蜂巢结构的二维纳米材料。边界基团和表面缺陷，表面活性位点丰富，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)等成功制备了BC/GO纳米复合水凝胶材料，但制作周期长。使用的氧化石墨烯原料为单层结构，成本高，不利于量化生产。并且材料从水中分离工艺复杂。通过加入磁性纳米颗粒，一方面简化吸附材料的分离工艺，另一方面由纳米颗粒带来的比表面积的增大，可以进一步提高吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种Fe₃O₄@细菌纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶及其制备方法与应用。本发明通过氧化石墨烯和磁性纳米颗粒的改性，提高最终产品的吸附性能，尤其适用于吸附脱除污水和污染土壤中的Pb、Cd、Cu、Cr和Mn等重金属。

本发明通过以下技术方案实现。