[发明专利]木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF‑8复合材料及其制备方法和应用，属于吸附材料技术领域。本发明将木质素磺酸钠与壳聚糖混合，形成木质素磺酸钠/壳聚糖共混物，以木质素磺酸钠/壳聚糖共混物为载体，通过在载体上原位生长ZIF‑8合成木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF‑8复合材料(SLS/CS@ZIF‑8)。本发明提供的SLS/CS@ZIF‑8的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木质素磺酸钠/壳聚糖共混物；(2)制备木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF‑8复合材料。该制备方法工艺过程简单、操作方便、反应条件温和，原料成本低，适合大规模工业化生产。本发明的SLS/CS@ZIF‑8的比表面积大，具有良好的机械强度、吸附性能、循环性能、稳定性和易回收性，对去除水溶液中的CIP具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于抗生素的广泛应用，废水、地表水甚至地下水中经常检测到抗生素。环丙沙星(CIP)作为一种广谱抗菌药物，即使在较低浓度下也能诱导耐药菌的生长，对人类健康和水生生态系统构成严重威胁，引起了国际上越来越多的关注。因此，有效地去除废水中的CIP是至关重要的。目前去除废水中CIP的方法有很多，如吸附、生物降解、臭氧氧化、光降解。在上述方法中，吸附法具有高效、经济、绿色等特点，是一种有效的方法。

金属有机骨架是一种由金属离子或金属簇与有机配体形成的新型多孔材料。MOFs由于其大的表面积和良好的化学稳定性，在吸收应用领域引起了广泛的关注。zeolite咪唑类框架-8(ZIF-8)作为MOFs的一个子集，具有良好的孔隙率、大的比表面积和良好的抗水降解性，在去除废水中的CIP方面已被广泛探索。尽管ZIF-8具有巨大的潜力，但由于其难分离、回收过程中易损失等明显的缺点，难以直接应用于水环境中，这极大地限制了其在吸附方面的应用。为了克服这些缺点，将ZIF-8与合适的基片材料以不同的形式结合是可行的方法之一。

目前，壳聚糖材料作为吸附剂去除废水中的污染物，因其具有生态友好、可重复使用性好、吸附性能好等多重优点而受到广泛关注。然而，高昂的生产成本是壳聚糖吸附剂难以规模化开发利用的主要原因之一。虽然全球工业木质素年产量达7000万吨，但只有约2％的木质素被有效地用作替代材料，其余的则作为废水排入河流或处理后直接焚烧。木质素磺酸钠是硫酸盐法制浆造纸的主要副产物，也是商业木质素的主要应用形式，由于其成本低、官能团多、可生物降解性好，作为吸附剂材料具有很大的潜力。将木质素磺酸钠与壳聚糖作为ZIF-8制备吸附材料的载体，它不仅可以降低吸附剂材料的生产成本，还可以克服ZIF-8的缺点，在易于回收的同时，也促进木质素的高附加值利用，以减少造纸废液对环境的污染。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料，是将木质素磺酸钠与壳聚糖混合，形成木质素磺酸钠/壳聚糖共混物，以木质素磺酸钠/壳聚糖共混物为载体，通过在载体上原位生长ZIF-8，合成木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料。

在本发明中，所述木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料的比表面积为108～109m²/g，孔隙体积为0.04～0.05cm³/g，总孔体积为0.08～0.09cm³/g，平均孔径为12～13nm。

一种如上所述的木质素磺酸钠/壳聚糖@ZIF-8复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)木质素磺酸钠/壳聚糖共混物的制备：将木质素磺酸钠和壳聚糖溶于乙酸水溶液中，连续搅拌，将所得混合溶液注入多孔硅模板中，经冷冻干燥、洗涤，再次冷冻干燥，得到木质素磺酸钠/壳聚糖共混物，记为SLS/CS；