[发明专利]一种MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用，利用从皮革废弃物提取的胶原为原料，采用冷冻干燥技术制备聚多巴胺修饰MXene(MXene@PDA)和氧化海藻酸钠(OSA)改性胶原(MPAC)复合气凝胶，用于吸附水中的Cr(VI)；交联剂OSA上的醛基可与胶原和MXene@PDA的氨基反应形成席夫碱结构，在胶原分子间建立交联，且可使MXene在气凝胶中均匀分散，抑制其团聚和堆叠，且充分发挥MXene对Cr(VI)离子的吸附作用；此外，该吸附剂可循环使用，在5次循环后其吸附性能没有显著损失，证明了其具有较高的可重复使用性。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，涉及复合气凝胶，具体涉及一种MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国制革行业的快速发展，每年皮革废水的排放量为800万吨以上，大概占全国工业总排放量的1.6％，皮革废水中含有高浓度的铬盐，远高于铬的排放浓度限值，且大部分以毒性更强的Cr(VI)形式存在。即使Cr(VI)在水溶液中的浓度极低，也会对生物产生危害，经常接触Cr(VI)会对人体健康造成伤害甚至有致癌作用，因此必须被严格除去，WHO已经规定饮用水中Cr(VI)浓度必须小于0.05mg/L。近年来去除水中的重金属离子是水处理研究热点之一，但很多学者的研究大多针对较低浓度Cr(VI)的去除，而如何高效经济地处理皮革废水中的高浓度Cr(VI)成为我们亟待解决的问题。

处理含铬废水通常利用化学沉淀法、吸附法等方法，其中吸附法作为一种成本低、操作简单、效果良好的水处理工艺，不仅可以脱色，还可以吸附重金属离子、有机溶剂等污染物质，适合日益复杂的废水处理，具有广阔的应用前景。吸附法处理废水的关键在于吸附剂，研究一种高效、可循环、无污染的功能性吸附剂来去除水环境中的有毒污染物迫在眉睫。制革废弃物皮胶原是一种含量丰富的生物质资源，其含有对重金属离子具有活性的官能团，且在吸附分离水体中包括Cr(VI)在内的多种重金属离子有一定的研究基础。但由于其三股螺旋紧密缠绕的结构特点，使其应用受限。由于MXene表面会形成不同比例氟、氧、羟基官能团，可以在这些官能团基础上对MXene材料展开进一步的做改性处理，也可以作为交联剂增强气凝胶的骨架结构以及吸附性能。

在工业污水处理领域，生物质气凝胶作为一种可持续发展的天然材料受到了广泛的关注。胶原可以单独作为制备气凝胶的材料，单一的胶原气凝胶有极强的亲水性，力学性能差等缺点，所以需要氧化多糖进行交联，如海藻酸钠，壳聚糖等。氧化海藻酸钠、MXene@PDA可以单独作为制备气凝胶的材料，但是其存在结构不均匀、稳定性差等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用，制备出具有丰富的多孔结构，且形貌规整、质地轻盈的MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶固体吸附材料，实现高效、可循环、无污染的水中Cr(VI)的去除，吸附实现废物利用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种MXene@PDA、氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、以去离子水为溶剂，按海藻酸钠与高碘酸钠质量比为1：(0.2～1)配置混合溶液A，其中海藻酸钠的浓度为0.01～0.05g/ml，然后在20℃～60℃下反应3～5h生成氧化海藻酸钠，向反应后的溶液中加入其2～8倍体积的无水乙醇进行沉淀析出，最后洗剂、冷冻干燥得到氧化海藻酸钠；

步骤二、取MXene分散于去离子水中液搅拌均匀，加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液调节pH值至6～9，之后按MXene与多巴胺盐酸盐质量比为1：(0.01～0.1)加入多巴胺盐酸盐，反应6～36h后离心洗涤，冷冻干燥得到聚多巴胺修饰MXene，即MXene@PDA；