[发明专利]壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该复合材料是以氧化石墨烯为载体，其表面负载有壳聚糖/硅藻土复合材料，壳聚糖/硅藻土复合材料包括硅藻土和负载在其上的壳聚糖。其制备方法包括制备壳聚糖分散液、壳聚糖/硅藻土复合材料、壳聚糖/硅藻土复合材料分散液和壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料。本发明复合材料具有成本低廉、结构稳定、吸附能力强、光催化活性高、适用范围广等优点，能够实现对环境中污染物(如亚甲基蓝、铅离子)的有效去除，有着较高的应用价值和较好的应用前景。本发明制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，能够实现大规模制备，适合于工业化利用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

壳聚糖是一种低成本的天然生物材料，具有优良的生物相容性、生物降解性和抗菌性能，壳聚糖含有各种螯合基团，如氨基和羟基，因此也常被用作去除金属离子的吸附剂，此外，据报道壳聚糖能够通过静电相互作用去除阴离子染料。硅藻土是一种沉积岩，主要成分为水合二氧化硅，它本身含有的丰富的羟基官能团以及大量的孔隙使其具备了非凡的吸附性能，它的质量轻且分布广泛，价格低廉。石墨烯具有较高的机械稳定性、热化学稳定性和较大的表面积，是高性能吸附剂的潜在候选材料。原始石墨烯作为吸附剂，只能提供范德华力来结合吸附，因为石墨烯薄片上只有sp²碳原子。因此，对于许多类型的污染，如金属离子，石墨烯并不是很好的吸附剂。石墨烯的吸附能力能够通过结合官能团或其他材料来得到显著得提高。氧化石墨烯是化学转化石墨烯的前体，在它的基平面和薄片边缘有大量以环氧、羟基和羧基组的形式存在的氧原子，这些氧基能够通过配位和静电相互作用结合金属离子和有机化合物。因此，利用氧化石墨烯进行污染物的去除是当今研究的热点。

现有技术中已经制备了壳聚糖/硅藻土复合材料、氧化石墨烯/硅藻土复合材料、氧化石墨烯/壳聚糖复合材料，然而，这些复合材料存在以下问题：稳定性差，在水溶液中容易流失；制备成本较高，难以大规模推广应用。另外，在实际处理污染物废水中，利用这些复合材料对废水中污染物进行处理时仍然存在去除效果不明显等问题，仍然需要进一步提升对废水中污染物的去除效果，且这些复合材料仅能用于处理重金属废水或仅能用于处理有机污染废水，但并不能实现对废水中重金属或有机污染物的同时去除。如，氧化石墨烯/硅藻土复合材料在结构上均含有大量可以螯合重金属离子的活性官能团吸附位点，因此一般应用于废水中重金属离子的去除，而氧化石墨烯/壳聚糖复合材料皆可通过配位和静电相互作用结合有机污染物，故此它一般应用于废水中染料的去除，与此同时，在最优条件下，氧化石墨烯/壳聚糖复合材料对亚甲基蓝的去除效果仍有待进一步提升。此外，壳聚糖/硅藻土复合材料虽然能够实现对染料的有效去除，但是其对重金属离子的去除效果不明显。因此，如何获得一种成本低廉、结构稳定、吸附能力强、光催化活性高、适用范围广的壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料，对于有效去除环境中的染料和重金属污染物具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、结构稳定、吸附能力强、光催化活性高、适用范围广的壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料，所述壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料是以氧化石墨烯为载体，所述氧化石墨烯表面负载有壳聚糖/硅藻土复合材料；所述壳聚糖/硅藻土复合材料包括壳聚糖和硅藻土，所述硅藻土负载在壳聚糖上。

上述的壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料，进一步改进的，所述壳聚糖、硅藻土和氧化石墨烯的质量比为3∶6∶1～1∶2∶3。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将壳聚糖与醋酸溶液混合，加入聚乙烯醇溶液，搅拌，得到壳聚糖分散液；