[发明专利]一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂及其制备方法与应用。该方法包括：细菌纤维素水凝胶脱糖，破碎得到浆液，用水稀释并搅拌均匀得到细菌纤维素水溶液，依次加入含多个羧酸结构的有机酸和壳聚糖，进行交联反应，将混合溶胶滴加至氢氧化钠溶液中固化，使用叔丁醇溶液对凝胶球进行溶剂交换，经冷冻干燥得到壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂。本发明制备的壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂为毫米级小球，具有互穿网络微结构，拥有高的比表面积和丰富的活性基团，与单一的细菌纤维素和壳聚糖相比，对水中Cu²⁺吸附容量更高、更容易分离；另外，所述复合吸附剂制备所用原料绿色无毒、成本低、合成方法简单，更利于实际应用。

技术领域

本发明属于生物基吸附材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，大量含Cu²⁺的废水进入到水环境中，铜作为其中一种重金属元素，会损害人体神经系统、心血管系统和消化系统，引发阿尔兹海默症等疾病。目前，吸附法因操作简单、成本易控制和吸附剂来源广等优点而成为处理水中重金属的热门研究方向。

近年来，许多学者热衷于生物材料在环境修复领域中的应用研究，细菌纤维素因特殊的结构和性能而得到了广泛关注，它是由微生物以葡萄糖等为原料合成的一种可再生天然纳米纤维材料，制备方法简单且成本较低，现在已经实现工业化生产；其拥有发达的纳米纤维网状结构(原丝直径仅1～2nm)，干膜杨氏模量值可达15GPa，是良好的改性模板材料；分子结构中含有丰富的羟基基团，对重金属有吸附作用，但吸附量较低。

壳聚糖是一种绿色无毒、可再生和降解的生物质材料，结构中丰富的羟基和氨基使其能与重金属离子形成共价键或氢键，从而实现对重金属离子的吸附。将壳聚糖与各种有机物或无机物复合，以提高壳聚糖的耐酸性、力学性能和吸附性能，这有利于扩大壳聚糖的实际应用范围。专利CN201910878706.0公开了一种壳聚糖/胺基化氧化石墨烯纳米复合膜吸附剂的制备方法，先用乙二胺改性氧化石墨烯，再与壳聚糖醋酸溶液共混，利用流延法制备所述吸附剂，用于Cu²⁺的吸附，这一方法制备过程较复杂，并且原料成本高，不利于实际应用。专利CN201410829649.4公开了一种交联壳聚糖吸附剂的制备方法，以戊二醛为交联剂并结合冷冻干燥技术制备所述吸附剂，由于制备过程中使用到戊二醛这一高毒性的化学交联试剂，这也使得此吸附剂的应用受到限制。

综上，研究以绿色廉价的细菌纤维素和壳聚糖为原料，无毒的有机酸为交联剂的生物质吸附剂具有非常重要的科学意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂及其制备方法与应用。

本发明提供了一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂的制备方法，并将其用于废水中Cu²⁺的吸附，此复合吸附剂制备工艺简单、分离方便、可降解、吸附容量高。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种壳聚糖/细菌纤维素复合气凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将细菌纤维素水凝胶浸泡在NaOH溶液(热的NaOH碱液)中进行脱糖处理，取出，用去离子水洗涤至中性，得到脱糖后的细菌纤维素；

(2)将步骤(1)所述脱糖后的细菌纤维素机械破碎为浆液；然后往所述浆液中加入水稀释，搅拌均匀，得到细菌纤维素水溶液；

(3)往步骤(2)所述细菌纤维素水溶液中加入有机酸，然后置于磁力搅拌器中搅拌均匀，加入壳聚糖，搅拌处理，得到壳聚糖与细菌纤维素的共混溶胶；

(4)用注射器吸取步骤(3)所述共混溶胶，在搅拌状态下将步骤(3)所述共混溶胶滴加在氢氧化钠溶液中(滴加时用玻璃棒缓慢搅拌)，进行固化处理，得到复合凝胶球(均匀的乳白色复合凝胶球)；