[发明专利]一种水合氧化铝细菌纤维素碳复合物材料的制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水合氧化铝细菌纤维素碳复合物材料的制备方法和应用，该方法以细菌纤维素、尿素和Al(NO₃)₃·9H₂O为原料，采用热解法将细菌纤维素转变为碳化的细菌纤维素，再利用水热法在碳化的细菌纤维素上原位生长水合氧化铝。通过该方法获得的水合氧化铝细菌纤维素碳复合物材料可应用于自来水中的Cd²⁺和Pb²⁺的电化学检测。具有灵敏度高、检出限低、重复好、抗干扰能力强等特点，是一种应用于制备电化学传感器件的理想材料。为解决自来水中Cd²⁺和Pb²⁺的检测提供了一个新的途径。

技术领域

本发明涉及一种水合氧化铝细菌纤维素碳复合物材料的制备和应用，具体涉及利用水热法在碳化的细菌纤维素上原位生长水合氧化铝及其在重金属电化学传感检测中的应用。

背景技术

重金属污染已经成为当今世界各国面临的最严重的环境污染问题之一。在我国，随着工、农业生产的快速发展和城市化进程的不断加快，各种工矿业和生活废水、废渣等的无序和过度排放，目前我国农村和城市周边地区的土壤、城市空气、水体等环境都不同程度遭受到了重金属污染。由于剧毒重金属污染(铅、汞、镉、砷、镉等)具有不可逆转性、长期性、累积性和潜伏性等特点，一旦生态系统遭受污染，其综合治理成本将难以估量。我国传统农业生产主要采用灌溉技术，重金属污染物较易随着灌溉系统扩散到更为广大的农村地区。我国已经将重金属污染物的防治与治理列为十三五规划的重要内容之一。减缓重金属污染的有效手段之一是建立高效、快速、灵敏的重金属污染物检测技术，满足环境实时监测要求，也是各级检验检测机构的迫切需求。

目前重金属测试方法主要是基于光谱技术的原子吸收光谱和发射光谱法，利用原子(或离子)吸收或发射特定光谱进而测量元素含量的分析方法，具有灵敏度高、抗干扰能力强、分析速度快、选择性好等优点，从上世纪中叶开始逐渐成为重金属含量检测的标准方法之一。而成本相对较低、基于分子光谱技术的分光光度法和荧光光谱法，则是利用重金属离子与化合物结合后能够吸收或发射特定波长光进行测定，具有仪器简单、应用范围广、方法可靠等特点，成为应用普及面较广的方法之一。此外还有生物化学分析法、质谱法、高效液相色谱法等。

虽然上述检测方法各具优点，但各自也存在一些不足之处，如所需仪器昂贵、样品预处理程序繁琐、运行费用高、检测时间长等等，难以满足实时、快速、现场原位检测的现代环境保护实际需求。相比这些传统的仪器分析技术，电化学重金属检测方法是利用重金属离子在化学池中的某种电化学参数(电位、电流等)变化与待测物浓度存在一定关系进行测定，具有仪器简单、灵敏度高、价格低廉、实时在线监测等诸多优点，且传感器易于微型化、集成化和自动化，能够符合环境重金属污染物检测的现场、实时、在线、连续和自动化测量的发展方向和要求。电化学测定重金属的核心器件是设计和研发高选择性、高灵敏度的传感电极。早期基于金属汞电极技术的极谱分析法，可以测定砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)等10多种重金属元素，检测限达到ng/mL水平。但剧毒金属汞电极对操作人员健康存在一定的危害且容易造成二次环境污染。近年来开发绿色、无污染、符合现代环境保护要求的新型电极成为重金属电化学检测领域的研究热点。为此人们成功开发了部分取代汞膜电极的铋膜电极并应用于镉和铅的超灵敏阳极溶出伏安测定。

水合氧化铝的制备过程是简单而价廉的，此外水合氧化铝表面富含对重金属具有强烈吸附作用的羟基官能团，因为水合氧化铝对重金属离子具有良好的吸附作用。碳化的细菌纤维素是一种绿色的生物质材料，它的三维网状结构一方面有利于电化学检测过程中电子的传输，另一方面可以加快重金属离子的扩散。基于上述优势，水合氧化铝/碳化的细菌纤维素复合材料用于重金属电化学传感有巨大的应用空间。然而，目前关于水合氧化铝/碳化的细菌纤维素复合材料的制备和应用却鲜见报道。

本发明公开了一种水合氧化铝细菌纤维素碳复合物材料的制备方法和应用。同时，该复合材料具有良好的重金属电化学传感性能。

发明内容