[发明专利]一种用于染料降解的纤维素基水凝胶制备方法

说明书

本发明公开了一种用于染料降解的纤维素基水凝胶制备方法，将经高碘酸钠氧化后得到的双醛纤维素进行羧酸化，然后利用羧酸纤维素与多巴胺的氨化反应得到氨化纤维素，接着利用沉积法将钯纳米颗粒沉积在氨化纤维素的表面，再利用简单聚合法将沉积有纳米颗粒的纤维素形成水凝胶，最后将得到的水凝胶进行表面改性使其具有长期水下应用的潜力。本发明具有反应条件温和，操作简单，污染少，解决了普通降解材料难以回收以及长期水下应用的问题，拓宽了纤维素的应用途径，具有极高的潜在价值。

技术领域

本发明属于天然高分子材料领域，具体涉及一种用于染料降解的纤维素基水凝胶制备方法。

背景技术

水凝胶在组织工程、化学工程、生物医药等领域引起了广泛的兴趣，其中其在水下的应用是一项普遍且必不可少的要求。科学家们对多功能水凝胶在水体净化、有机物的吸附降解等水下应用有较多的研究。但是由于水凝胶完全浸没在水体中时会大大削弱分子间的范德华力，因此很难保持水凝胶本身的力学性能及稳定性(Ma Y.,Advanced Materials,2018,30(30):1801595；Chakma,P.,Angewandte Chemie International Edition,2019,58,9682-9695)。更严重的是，复杂的水体环境特别是含有较多金属离子的水体，会因大量的盐沉积现象导致水凝胶的结构变化，不仅影响水凝胶的工作效率，而且还会大大降低水凝胶的循环使用寿命(Liu,J.,J.Mater.Chem.A 2017,5,4163-4171)。这进一步增加了经济成本，是目前亟待解决的难题。

为了解决这些挑战，贻贝启发的聚多巴胺(PDA)基水凝胶是一种由儿茶酚化学制备的超韧性水凝胶的典型例子，可以在水环境中使用(Cholewinski,A.,Mater.Horiz.2019,6,285-293；North,M.A.,ACS Appl.Mater.Inter.2017,9,7866-7872)。这种水凝胶由于在系统内部形成共价键/非共价键，可以有效提高水下力学性能，是实现强机械性和自愈性的有效手段。然而，纯PDA功能化的水凝胶一般不能满足实际的力学性能要求，且儿茶酚基的过度氧化会导致水凝胶力学性能的恶化，这对控制儿茶酚基的氧化程度至关重要(Ponzio,F.et al.,Chem.Mater.2016,28,4697-4705)。另一方面，为了防止盐沉积造成的水凝胶内部结构的破坏，必须组装一种化学稳定膜，以便不同的离子和物质选择性地通过(Lee,H.A.,Accounts Chem.Res.2019,52,704-713)。

为了解决水凝胶在水下工作时力学性能变差，以及恶劣水环境对水凝胶结构的影响，我们采用纤维素改性方法，使纤维素成为表面富含酚羟基的结构，并以此吸引Pd纳米粒子沉积在其表面作为染料降解的催化剂，将Pd纳米粒子固定在水凝胶内部以便于循环回收利用。而且氧化石墨烯对水凝胶的表面改性使得金属离子难以进入水凝胶的内部，减少了染料降解过程中金属离子对水凝胶内部结果的破坏，实现了染料废水处理所追求的高效、可重复、经济的多重优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种用于染料降解的纤维素基水凝胶制备方法。如图1所示本发明负载有钯纳米粒子(Pd NPs)的纤维素基杂化物的制备流程反应过程示意图。其是将双醛纤维素经亚氯酸钠进一步氧化后，将醛基进一步氧化为羧基；并在硼氢化钠的催化下将多巴胺接枝到双醛纤维素的表面。然后，加入氯化钯反应生成PdNPs；带负电荷的羧基可以通过静电相互作用吸引带正电荷的Pd(II)，同时，醛基和部分羟基作为还原剂，使Pd NPs分布在表面(注意图1是以实施例1为例进行展示的)。

因此，本发明提供的技术方案如下：

一种用于染料降解的纤维素基水凝胶制备方法，包括如下步骤：