[发明专利]一种双层结构生物质基复合材料及其应用于复杂环境中碲分离

说明书

本发明属于生物质材料技术领域，涉及一种双层结构生物质基复合材料，以生物质纤维素为基体，具有纤维分级结构，在生物质纤维素基体表面设有吸附层，吸附层外表面均匀分布抗污层，其中，所述生物质纤维素和吸附层的质量比为1:10～30，生物质纤维素和抗污层的质量比为1:5～10。本发明还公开了其制备方法，以及应用于复杂环境中吸附分离碲。本发明所述复合材料，吸附层呈现花状结构，增加吸附表面积，表面结构粗糙，利于实现碲的分离；生物质纤维素便于金属氧化物在其表面原位沉积生长，充分用于碲的分离，避免金属氧化物在溶液中易团聚和不易回收利用的问题。通过抗污层的构筑，有效实现在强酸/碱极端环境中对于碲的分离，最大去除效率达到99.3%。

技术领域

本发明属于生物质材料技术领域，涉及复合材料，特别涉及一种双层结构生物质基复合材料及其应用于复杂环境中碲分离。

背景技术

碲是发展高科技产业必不可少的半导体材料，主要用于光电等半导体设备、超高速设备和微波炉等，也广泛用于陶瓷、玻璃、光伏行业，以及在冶金中作为添加剂提供可加工性，具有很高的商业应用前景。但是，碲的使用会产生大量剧毒含碲化合物，造成环境污染和生态平衡破坏，甚至是深远的影响。如果碲在人体中的含量超过标准值，会导致肾脏、心脏、脾脏和肝脏功能退化。由于自然界中碲含量较少，资源匮乏，开发高效、廉价和低污染的碲分离工艺及相关分离材料的研究势在必行，这对于含碲矿产的保护和资源化的利用具有重要的意义。

目前，在大多数工业排放的含碲废水中，主要为强酸(碱)性和高度污染的复杂环境中，单一功能的碲分离材料在极端复杂环境中，结构会发生明显的改变，导致其吸附能力降低，甚至丧失，达不到吸附并分离碲的目的。然而性能优越的碲分离材料价格昂贵，很难实现大规模生产。

废弃生物质是制备功能化分离材料很好的前驱体。若将生物质废弃物有效地加以利用，制备出复杂环境中分离碲的材料，不仅能解决生物质废料污染化的问题，还能拓宽碲分离材料的原料来源，为生物质材料资源化利用开辟新的途径，具有良好的经济和环境效益。

因此，需要寻找一种环保和可控的碲分离材料的方法，并将其应用于复杂体系中碲分离过程，实现碲元素的有效分离和生物质废弃物的资源化利用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种双层结构生物质基复合材料。

技术方案

一种双层结构生物质基复合材料，以生物质纤维素为基体，具有纤维分级结构，在生物质纤维素基体表面设有吸附层，吸附层外表面均匀分布抗污层，其中，所述生物质纤维素和吸附层的质量比为1:10～30，生物质纤维素和抗污层的质量比为1:5～10。

本发明较优公开例中，所述吸附层为CuO、ZnO、TiO₂中的一种或多种的组合，形貌为花状结构，厚度10～800nm。

本发明较优公开例中，所述抗污层为纳米Ag颗粒或纳米Cu颗粒中的一种或两者的组合，厚度为10～20nm。

本发明还有一个目的，在于公开了上述双层结构生物质基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

A.按吸附层金属氧化物前驱体与提纯后的生物质纤维素的质量比为10～30:1计，在提纯后的生物质纤维素表面构筑多孔吸附层，获得金属氧化物/生物质纤维素；

B.利用沉积法在金属氧化物/生物质纤维表面沉积金属抗污层，制得双层结构生物质基复合材料，所述金属抗污层为纳米Ag颗粒、纳米Cu颗粒中的一种或者两种组合，涂层厚度为10～20nm。

本发明较优公开例中，步骤A所述生物质纤维素为废木屑、玉米秸秆或小麦秸秆中的一种或多种组合。

本发明较优公开例中，步骤A所述吸附层金属氧化物前驱体与提纯后的生物质纤维素的质量比为11.5:1。

进一步的，生物质纤维提纯过程如下：