[发明专利]一种三维组装体核壳结构材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三维组装体核壳结构材料。本发明提供的三维组装体核壳结构材料能够作为染料吸附剂对染料废水中染料进行快速、大量吸附，具有优异的染料吸附性能。其中，所述三维组装体核壳结构材料以纳米片形成的三维组装体为壳层，在染料吸附过程中起决定性作用。同时，本发明提供了所述三维组装体核壳结构材料的制备方法，本发明提供的制备方法无需额外添加表面活性剂或者模板剂，避免了表面活性剂或者模板剂对制备得到的三维组装体核壳结构材料表面的污染，且能够减少繁琐的表面活性剂或模板剂后处理步骤。此外，本发明提供的制备方法操作简单、生产成本低、环境友好，可进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种三维组装体核壳结构材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，染料是水体中最严重的污染物之一。吸附法具有简单、高效以及低能耗的优点，已成为染料污水处理最常用的方法之一。但现有的染料污水处理吸附剂存在吸附量小、吸附速度低的缺陷。因此，开发高效的染料吸附剂，以有效地去除水体中的污染物，备受环境工作者的关注。

微纳结构材料是微米尺度材料和纳米尺度材料的结合体，不仅具有纳米尺度材料的尺寸小、比表面积大等特性，而且还具有微米尺度材料的不易团聚、容易分离等优势。目前，微纳结构材料已在一些应用方面展现出了巨大的优势，如当微纳结构材料用作电极材料时，小尺寸效应和大比表面积有利于增强反应动力学，微米尺度和纳米尺度共存的结构特点能够有效地提高电解质材料在电极材料相界面上的扩散性，同时避免纳米材料之间的团聚现象。

二维材料具有有别于其他维数材料独特的性质。第一，二维材料可将电子限域在二维平面内，这使得二维材料具有其他维数材料难以比拟的电子特性，为凝聚态物理的研究以及电子器件的开发提供了极好的材料基础；第二，二维材料的原子薄层的厚度，使得二维材料具有足够的柔性及透光性能，为柔性材料以及光电器件的开发提供了巨大的材料库；第三，二维材料具有较大的面内尺寸但却具有原子大小的厚度，使二维材料具有异常大的比表面积以及最大程度地暴露原子活性位点，将为表面化学的发展提供崭新的思路。

伴随着二维材料的发展，由二维材料构筑的微纳结构材料也呈现出快速发展的趋势。尽管已有大量的文献对二维材料组装形成三维微纳结构组装体予以了报道，但是缺乏针对二维材料构筑的三维组装体核壳结构材料的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维组装体核壳结构材料及其制备方法和应用，本发明提供的三维组装体核壳结构材料能够作为染料吸附剂对染料废水中染料进行快速、大量吸附，具有优异的染料吸附性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种三维组装体核壳结构材料，包括核心和包覆在所述核心表面的壳层，所述核心由沸石形成，所述壳层为纳米片的三维组装体，所述纳米片的化学组成为CuO_x(OH)_2-2x，x＝0～1。

优选地，所述沸石包括4A沸石、13X沸石、Y沸石或ZSM-5沸石。

优选地，所述壳层的厚度为30～200nm。

本发明提供了上述技术方案所述三维组装体核壳结构材料的制备方法，包括以下步骤：

将沸石与可溶性铜盐水溶液在酸性条件下进行反应，将所得产物体系进行固液分离，将得到的固体物料进行干燥，得到三维组装体核壳结构材料。

优选地，所述可溶性铜盐水溶液的浓度为200～5000mg/L，pH值为1.00～5.00。

优选地，所述沸石的质量与可溶性铜盐水溶液的体积比为(0.1～10)g：(100～1000)mL。

优选地，所述可溶性铜盐水溶液中的可溶性铜盐包括氯化铜、硫酸铜或乙酸铜。

优选地，所述反应的温度为15～35℃，时间为2～24h。