[发明专利]具有吸附-催化双功能的磁性生物大分子多孔水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了具有吸附‑催化双功能的磁性生物大分子多孔水凝胶及其制备方法。该方法包括如下步骤：将海藻酸钠、四氧化三铁、醇类和水组成的混合溶液加入含有金属离子的水溶液中，得到凝胶；对所述凝胶进行冷冻和解冻，反复数次，得到所述磁性生物大分子多孔凝胶。本发明方法采用四氧化三铁修饰海藻酸盐凝胶获得均匀多孔的凝胶，使得凝胶不仅具有优异的吸附性能，还同时具有磁性和多相芬顿催化性能，通过醇组分与海藻酸盐之间的氢键作用增强了海藻酸盐凝胶的交联程度和稳定性；工艺简单、易于推广，无需有毒交联剂，即可获得具有多孔结构的磁性生物大分子凝胶。本发明制得的磁性生物大分子多孔水凝胶具有优异的吸附和催化双功能。

技术领域

本发明涉及具有吸附-催化双功能的磁性生物大分子多孔水凝胶及其制备方法，属于环境功能材料研究领域。

背景技术

水凝胶是一种在水中能迅速溶胀但不溶解的、具有三维交联网络结构的功能性高分子材料，许多来源广泛、廉价易得且具有良好生物相容性的生物大分子如海藻酸钠、壳聚糖、明胶等因具有优异的成凝胶性能而得到了广泛的关注。由于具有丰富的含氧官能团，生物大分子凝胶对水中多种污染物具有良好的吸附性能，是一类成本低廉、性能优良的吸附剂。但是，由于传统生物大分子凝胶稳定性较低，用作催化剂时自身易被氧化降解，因此在催化领域的应用受限。

发明内容

本发明的目的是提供具有吸附-催化双功能的磁性生物大分子多孔水凝胶及其制备方法，该方法利用具有良好磁性和生物相容性的四氧化三铁修饰生物大分子海藻酸钠，构建出具有吸附-催化双功能的磁性多孔凝胶，制备方法简单易行，所得材料不仅具有优异的吸附性能，还有具有优异的催化性能，并易于快速固液分离，在环境污染治理中具有良好的应用潜力。

本发明的第一个目的是提供一种磁性生物大分子多孔水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：将海藻酸钠、四氧化三铁、醇类和水组成的混合溶液加入含有金属离子的水溶液中，得到凝胶；对所述凝胶进行冷冻和解冻，反复数次，得到所述磁性生物大分子多孔水凝胶。

上述的制备方法，所述磁性生物大分子多孔水凝胶为磁性生物大分子多孔水凝胶球；所述加入的步骤如下：将所述混合溶液逐滴滴入所述含有金属离子的水溶液中，得到凝胶球。

上述的制备方法，所述海藻酸钠与所述四氧化三铁的质量比可为1：(0.1～100)，具体可为1：(0.2～5)、1：(0.5～5)、1：0.2、1：0.5、1：1、1：2.5或1：5。

所述混合溶液中，所述海藻酸钠的浓度可为5～100mg/g，具体可为20～50mg/g、20mg/g或50mg/g。

所述混合溶液中，所述醇类的浓度可为1～1000mg/g，具体可为1mg/g。

上述的制备方法，所述醇类可选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、叔丁醇、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种。

上述的制备方法，所述金属离子可为Ca²⁺、Ba²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺中的至少一种。

所述金属离子以金属盐的形式进行添加；所述含有金属离子的水溶液中，所述金属盐的浓度可为＞1mg/mL，具体可为10mg/mL。

上述的制备方法，所述冷冻的温度可为-80℃～0℃，具体可为-20℃、-10℃或-80℃，时间可为1～72h，具体可为6～24h、6h或24h。所述解冻为解冻至常温(如15～30℃)。

所述数次可为2～5次，如2次、3次或5次。

本发明的第二个目的是提供上述任一项所述的制备方法制备得到的磁性生物大分子多孔水凝胶。