[发明专利]一种能够高效去除水体中重金属离子和有机染料的NCC/PVA/PVP共混碳海绵的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维素/聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮(NCC/PVA/PVP)共混碳海绵的制备方法，特别涉及一种微波退火法制备高效去除水体中重金属离子和有机染料的NCC/PVA/PVP共混碳海绵的制备方法。

背景技术

由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔炭材料在具备炭材料性质(如化学稳定性高、导电性好、价廉等)优点的同时，还具有比表面积大等特点。因此，多孔炭材料可应用于分离净化、催化、光学器件、能量存储、生物分离薄膜及纳米反应器等领域。由三维网络结构形成的大孔结构使多孔炭材料具有优异的吸附性能。目前，随着多孔炭材料研究的深入，制备多孔炭材料不仅需要控制其介观结构、孔径及孔道排列，而且对其微米级的宏观形貌也有要求。现已成功合成了球、纤维、棒、单晶和块体材料等多种形貌的介孔炭材料。使得多孔碳材料在污水处理，水体净化领域有重要的作用。

聚合物基纳米复合材料是指以高聚物为基体，与金属、无机非金属以及有机物纳米粒子等进行复合而得到的一种性能优异的材料。这种复合材料既有高聚物本身的优点，又兼备了纳米粒子的特异属性，因而使其在力学、催化、功能材料(光、电、磁、敏感)等领域内得到应用，甚至出现全新的性能和功能，例如高强度、高模量、高韧性、高耐热性、高透明性、高导电性、对油类和气体的高阻隔性等，因而有着广阔的发展前景。聚合物纳米复合材料可分为聚合物/无机物纳米复合材料和聚合物/聚合物纳米复合材料。近年来大量的研究集中于制备单一组分的不同形貌和结构的碳纤维、碳气凝胶等对水体中重金属离子和有机染料的去除，对于多组分共混，纳米材料与高聚物共混制备碳材料研究很少。目前制备的重金属离子和有机染料的吸附材料有多孔纤维、石墨烯气凝胶、碳纳米复合纤维、淀粉-碳膜材料等。如由Zhao等提出的以聚苯乙烯为基体，通过电纺丝技术制备了具有多空隙结构的纤维对油有很高的吸附率(Jing Wu,Nu Wang,Li Wang,Hua Dong,Yong Zhao,and Lei Jing ACS Appl.Mater.Interfaces,2012,4,3207-3212)；由Li等提出的以自组装方法制备的可压缩石墨烯气凝胶对有机溶剂的去除可循环使用(Jihao Li,Jingye Li,Hu Meng,Siyuan Xie,Bowu Zhang,Linfan Li,Hongjuan Ma,Jianyong Zhang and Ming Yu,J.Mater.Chem.A,2014,2,2934–2941；由Guo等提出的以棉纤维为原料通过微波退火和煅烧等方法制备的具有多孔的可磁性吸附重金属离子的碳纳米复合纤维(Jiahua Zhu,Hongbo Gu,Jiang Guo,Minjiao Chen,Huige Wei,Zhiping Luo,Henry A.Colorado,Narendranath Yerra,Daowei Ding,Thomas C.Ho,Neel Haldolaarachchige,Jack Hopper,David P.Young,Zhanhu Guo and Suying Wei,J.Mater.Chem.A,2014,2,2256–2265)；由Mezzenga等提出的用淀粉和碳杂化制备用于净化水的膜可去除重金属离子和有机溶剂(Sreenath Bolisetty and Raffaele Mezzenga，Nature Nanotechnology,2016,DOI:10.1038/NNANO.2015.310。