[发明专利]高吸附性能的多孔谷朊粉高分子纳米材料及其制备方法

说明书

本发明属于谷朊粉高分子纳米材料领域，具体涉及高吸附性能的多孔谷朊粉高分子纳米材料及其制备方法。本发明提供的多孔谷朊粉高分子纳米材料，具备微观纳米级别丰富孔洞，大大改善了天然谷朊粉的吸附性能；该多孔材料对于水中以刚果红为代表的有机染料有很好的去除效果，在273K的吸附容量达到212.8mg/g，优于大多数传统的吸附剂。本发明采用的制备方法，使谷朊粉在溶解均匀的溶液状态的基础上得以固化，克服了谷朊粉的粘弹性与延展性对于吸附这一用途的的不利影响，并且制备过程简单、周期短、易于操作。

技术领域

本发明属于谷朊粉高分子纳米材料领域，具体涉及高吸附性能的多孔谷朊粉高分子纳米材料及其制备方法。

背景技术

有机染料广泛存在于纺织、印染、塑料等产业排放的工业废水中。这些染料通常具有复杂的芳香结构，在光和热或在氧化剂存在下较为稳定且不可降解，废水中有机染料的治理受到广泛关注。目前除去染料的方法有很多，其中，吸附作为一种低成本、简单的方法，能够有效去除废水中的染料，并且不会带来其他污染。

当前已有多种吸附材料用于从废水中吸附染料，如天然有机吸附剂、天然无机吸附剂、合成吸附剂。蛋白质作为天然有机吸附剂再度受到人们的重视。谷朊粉(gluten)又称小麦蛋白，是从小麦面粉中提取出来的天然蛋白质，是一种物美价廉的天然高分子材料，由麦谷蛋白和醇溶蛋白组成，具有蛋白质的通性如起泡性、凝胶性、可降解性、生物相容性和无毒性，同时麦谷蛋白和醇溶蛋白分子内的特殊结构又使得谷朊粉具有独特的溶解性、粘弹性、延伸性、薄膜成型性等，是其他动植物蛋白无法媲美的。

通常，蛋白质作为吸附材料得益于其含有大量的有助吸附的氨基和羧基，而起泡性与凝胶性又使其可以通过适当的制备方法形成疏松多孔的三维立体结构。然而，谷朊粉中醇溶蛋白自身的结构使得分子内的三维结构非常紧密，同时谷朊粉独特的粘弹性和延展性也使得疏松多孔的三维立体结构不易实现。如果直接用于污水处理中的染料吸附，效果较差，需要进行相应的改性处理。常见的改性处理方法有生物发酵法，微波改性法，超声处理法，化学交联法等。在本技术研发初期，尝试过采用其中的生物发酵法，但制备所得的材料吸附效率比较低，这一结果可能归因于这种方法没有改变麦谷蛋白和醇溶蛋白分子内部结构以及没有微观形成纳米级的孔洞。其他改性方法与生物发酵法一样，在文献中通常应用于食品、营养和医学领域，没有前人应用于吸附领域的研究。本技术研发的过程中对生物发酵法以外的其他改性方法也进行了相应尝试，没有获得较理想结果。到目前为止，关于污水净化中用于染料吸附的谷朊粉材料研究还未见报道，其在该领域的研究尚属空白。

Xu及其同事利用水热制备方法制备了一种新型高筋面粉物理交联氧化石墨烯复合材料，该氧化石墨烯材料被用于吸附污水中的稀土离子(Xu X.,etc,EcotoxicolEnviron Saf.,2018Dec 30,166:1-10)，但是，该材料中高筋面粉HGF作为氧化石墨烯GO的改性材料，并不能够独自形成稳定的多孔立体结构，并且只能够用于吸附稀土离子，不能够处理污水中的其他复杂化合物。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种高吸附性能的多孔谷朊粉高分子纳米材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高吸附性能的多孔谷朊粉高分子纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将谷朊粉溶于碱液中，制得谷朊粉碱溶液；谷朊粉碱溶液在固化剂酸溶液中形成成块的凝固物，静置固化后，用水浸泡清洗至中性，冷冻；真空冻干，制得所述多孔谷朊粉高分子纳米材料。

其中，所述固化剂酸溶液为盐酸溶液，碱液为氢氧化钠溶液。

上述多孔谷朊粉高分子纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将谷朊粉溶于氢氧化钠溶液，搅拌并加热，获得混合均匀的谷朊粉碱溶液；

(2)将步骤(1)获得的谷朊粉碱溶液加入固化剂酸溶液中，形成成块的凝固物，静置固化；