[发明专利]一种细菌纤维素膜/纳米铁复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种细菌纤维素膜/纳米铁复合材料及其制备方法。所述细菌纤维素膜/纳米铁复合材料的制备方法，包括下述步骤：1)对细菌纤维素膜置于碱溶液中进行活化，得到活化‑细菌纤维素膜；2)采用极性醇水溶液对活化‑细菌纤维素膜进行萃取，去除膜表面及内部的自由水/结合水，得到半脱水性‑活化‑细菌纤维素膜；3)将半脱水性‑活化‑细菌纤维素膜置于亚铁离子溶液中，然后在硼氢化钠作用下原位还原亚铁离子，得到细菌纤维素膜/纳米铁复合材料。本发明采用“活化‑原位化学沉淀法”制备了细菌纤维素膜负载纳米铁复合材料，使得纳米铁在细菌纤维素膜的内部及表面呈现均匀分布，继而提高了对微生物/有机污染物的去除能力。

技术领域

本发明属于有机-无机复合材料制备领域，具体涉及一种细菌纤维素/纳米铁复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

细菌纤维素(bacterial cellulose)又称为微生物纤维素，是一种由细菌产生的生物高聚物，主要成分为β-D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键结合成的直链，又称为β-1,4-葡萄糖，是一种新型的高结晶度、高持水性、超细纳米纤维网络、高弹性模量的生物材料。纳米铁作为新型高效的还原剂，广泛应用于水体重金属及有机污染物处理。但是由于其纳米结构，容易发生团聚，导致其活性下降。因此，如何降低纳米铁的团聚，提高其反应活性，是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种细菌纤维素膜/纳米铁复合材料及其制备方法，以解决纳米铁的团聚问题，提高其反应活性。

本发明所提供的细菌纤维素膜/纳米铁复合材料中纳米铁均匀地分布于细菌纤维素膜的表面及内部孔隙。

所述细菌纤维素膜/纳米铁复合材料是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)对细菌纤维素膜置于碱溶液中进行活化，得到活化-细菌纤维素膜；

2)采用极性醇水溶液对所述活化-细菌纤维素膜进行萃取，去除膜表面及内部的自由水/结合水，得到半脱水性-活化-细菌纤维素膜；

3)将所述半脱水性-活化-细菌纤维素膜置于亚铁离子溶液中，然后在还原性物质作用下原位还原亚铁离子，得到细菌纤维素膜/纳米铁复合材料(湿膜)。

细菌纤维素是一类由微生物合成的纤维素的统称，本发明中，对所述细菌纤维素的种类没有特殊限制，为常规的菌种合成的纤维素即可，如可以为醋酸菌属纤维素、土壤杆菌属纤维素、根瘤菌属纤维素等。本发明对所述细菌纤维素的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。

上述步骤1)中，所述细菌纤维素膜的规格具体可为直径约3～10厘米的圆片。所述碱溶液中的碱具体可为氢氧化钠或氢氧化钾，其质量浓度可为10～30％。所述活化的时间为12～24小时。

上述步骤2)中，所述萃取的具体方法如下：将步骤1)得到的活化-细菌纤维素膜先加入到70％极性醇水溶液中搅拌萃取1～2小时，继而将膜取出，用滤纸吸干后再投入到100％极性醇中继续搅拌萃取1～2小时，之后再次用滤纸吸干。所述的极性醇，包括甲醇、乙醇、异丙醇等。所述搅拌的速度为150～300转/分。

上述步骤3)中，所述亚铁离子溶液可为硫酸亚铁溶液、氯化亚铁、硝酸亚铁等。

上述步骤3)中，所述还原性物质可为硼氢化钠、硼氢化钾等。

上述步骤3)中制备细菌纤维素膜/纳米铁复合材料的具体方法如下：在惰性气氛下，将步骤2)得到的半脱水性-活化-细菌纤维素膜置于亚铁离子溶液，搅拌1～3小时，然后将硼氢化钠或硼氢化钾溶液滴加到所述亚铁离子溶液中，继续搅拌1～2小时，将处理后的膜取出并用纯水清洗，得到细菌纤维素膜/纳米铁复合材料湿膜。

为了避免溶液中残留的亚铁盐在还原过程中覆盖于细菌纤维素膜表面，上述方法还包括：在加入硼氢化钠或硼氢化钾溶液前，用等体积的脱氧水替换所述亚铁离子溶液。