[发明专利]一种藜麦多糖-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种藜麦多糖‑壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用，所述藜麦多糖‑壳聚糖复合气凝胶通过藜麦多糖和壳聚糖交联得到；所述藜麦多糖‑壳聚糖复合气凝胶具有三维网络结构。通过藜麦多糖与壳聚糖的协同作用，使所述藜麦多糖‑壳聚糖复合气凝胶具有丰富的微观孔径，吸附效果好，稳定性高，机械强度高，对染料、重金属、砷化物、天然有机物都具有优异的吸附性能；而且其制备方法简单，原料来源广泛，能够实现简便、高效、绿色的制备，为污水处理提供了一种新思路。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种藜麦多糖-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

地表水最常见的污染包括有机污染、重金属污染、富营养污染及其复合性污染等，水体污染直接影响人们的健康和社会的发展，对废水进行处理和净化是解决水污染问题的主要手段，因此，开发有效的废水处理方法是重要的研究课题。目前处理废水的常规方法包括膜分离法、化学沉淀法、化学氧化法、吸附法和生物降解法等，其中，吸附法具有适用范围广、不产生二次污染、简便易行等优点，在废水处理中得到了十分广泛的应用。

在吸附法中，吸附剂的吸附性能是废水处理效果的关键，传统的吸附剂包括活性炭、膨润土、生物质材料以及合成树脂等。近年来，随着人们对绿色化学和生态安全问题的重视程度逐渐提高，具有天然、可降解、可再生性质的吸附剂备受关注。

天然多糖是自然界分布广泛、资源丰富的一类重要的天然高分子，它种类繁多，主要包括壳聚糖、纤维素、海藻酸钠、淀粉、环糊精等。由于天然多糖结构的多样性、价廉易得、可再生性以及可被微生物降解的特性，利用天然多糖为原料开发各种新吸附材料具有很好的研究前景。例如CN102671631A公开了一种用于酸性染料废水处理的吸附剂的制备方法，所述制备方法为：先将β-环糊精置于一水柠檬酸中，添加PEG-400、磷酸二氢钠后聚合成β-环糊精聚合物；然后在壳聚糖溶液中加入硅烷偶联剂，将β-环糊精聚合物与壳聚糖进行交联，壳聚糖与β-环糊精聚合物摩尔比为1:3，得到β-环糊精-壳聚糖多孔膜，该多孔膜可用于吸附印染废水中的酸性染料。CN108126671A公开了一种负载型壳聚糖吸附剂及其制备方法和应用，其以壳聚糖为原料，对壳聚糖进行热处理改性得到纳米含氮碳球，再以改性壳聚糖为载体负载壳聚糖粉末，得到负载型壳聚糖纳米吸附剂，该吸附剂在染料废水和重金属废水吸附方面具有较好的应用前景。但是，上述吸附剂的孔隙率较低，吸附效率有待改进。

为了改善吸附剂的吸附效果，目前有研究工作将气凝胶引入吸附剂的制备中，气凝胶材料具有丰富的多孔结构，密度低，比表面积高，有助于改善吸附效率。天然多糖基气凝胶是以天然多糖为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。天然多糖基气凝胶作为继无机气凝胶和有机聚合物气凝胶之后的第三代气凝胶，具备传统气凝胶特性的同时还具有绿色、可再生及可降解等优异性能，成为天然高分子材料研究与应用中的一个热点。例如CN111389358A公开了一种改性氮掺碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将壳聚糖粉末与醋酸溶液混合后冷冻干燥，随后将样品置于管式炉中，在氮气保护下高温碳化，取出后放入高浓度的氢氧化钾溶液中浸渍后过滤烘干，再次于氮气气氛的管式炉中高温碳化，最后清洗、过滤、烘干，得到目标材料；该材料作为水处理中的吸附剂使用，可应用于吸附水中的孔雀石绿等。但是，天然多糖基气凝胶(如壳聚糖气凝胶)通常存在稳定性问题，尤其在酸性环境中的稳定性欠佳；而化学交联和改性的方法比较复杂，且交联或改性会影响其吸附性能。因此，用于水处理的吸附剂还面临着原料来源单一、制备过程复杂(甚至污染环境)、回收困难等问题。

因此，开发一种吸附性能优异、绿色环保且制备方法简便的吸附材料，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种藜麦多糖-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用，所述藜麦多糖-壳聚糖复合气凝胶吸附效果好，原料来源广泛，制备方法简单，是一种综合性能优异的新型吸附材料，为污水处理提供了新的思路。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：