[发明专利]一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料制备方法及应用。所述方法包括以下步骤：制备细菌纤维素气凝胶；将制得的细菌纤维素气凝胶浸泡在三价铁溶液中搅拌，得到铁离子修饰细菌纤维素水凝胶；将所述铁离子修饰细菌纤维素水凝胶转移至由均苯三甲酸溶于去离子水和乙醇组成的混合溶液中，室温反应后，取出铁基金属有机凝胶/细菌纤维素水凝胶并浸入叔丁醇中，然后冷冻干燥得到铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料。所述方法制备的铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料在去除水体中As(V)中的应用。本发明细菌纤维素作为基底，将其生物相容，低成本和易于批量制备特性与纳米技术结合，为后续吸附剂的制备提供了新的方向。

技术领域

本发明涉及水体中As(V)的去除技术领域，尤其涉及一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料制备方法及应用。

背景技术

随着现代社会工农业发展进程的加快，世界范围内的砷污染日益严重。由于砷的毒性、致突变性和致癌性，即使在低浓度的情况下，水体受到砷污染也会对环境和人类健康造成严重威胁。除了富含砷的矿物自然流失，采矿、工业过程和农业实践在内的人类活动也在很大程度上造成了砷污染。典型的砷酸盐，As(V)，是自然地表水中最常见的种类。因此，从环境可持续性和人类健康的角度出发，切实有效地去除污染水中的As(V)是当务之急。

近年来，铁基纳米材料由于其对As(V)物种的强亲和力而显示出优异的As(V)去除能力。与传统的纳米材料相比，金属有机凝胶以其超高的比表面积、优异的灵活性、独特的分级孔特征和高孔隙率可暴露更多的活性位点并保证污染物分子/离子的无障碍扩散来提高最终的吸附性能。常规的金属有机凝胶合成需要适当的诱导作用，如增加反应物浓度、提高温度、延长静置时间或添加其他有机溶剂，以促进凝胶作用，防止沉淀或晶体生长；而这些策略不仅会过度消耗反应物、消耗能源、提升时间和经济成本还会对环境造成影响。因此，在相当温和的条件下(如无害的常规溶剂，如水、常压、室温、短凝胶时间等)，以可持续的方式制备分级孔金属有机凝胶仍然是一个挑战。同时，非晶金属有机凝胶由于金属配体键可逆或配位键强度不足通常表现出结构不稳定性，一些金属有机凝胶(如铝基金属有机凝胶)的水稳定性较差，不利于在水环境中应用。此外，去除溶剂后的金属有机凝胶脆性较高，不适合后续加工成特定的形状。因此，具有较高的化学稳定性、耐水性、优良的成型性和机械灵活性的金属有机凝胶的制备存在很大的探索空间。将金属有机凝胶集成到多孔基底上形成宏观整体结构是满足大规模工业应用需求的可行途径。细菌纤维素具有高亲水性、丰富的羟基、纳米尺度、独特的三维多孔网络结构、丰富的大孔、低成本、无毒、可降解和可持续性，是金属有机凝胶原位生长和固定化的理想基底。复合材料充分结合金属有机凝胶和细菌纤维素的优势，有效抑制纯金属有机凝胶的脆性弱点，提升机械灵活性并进行宏观形状的扩展。

发明内容

针对上述存在的问题和提出的可行方法，本发明提供了一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料制备方法及应用。不仅解决了粉末纳米金属有机凝胶合成的高能耗和高脆性的缺点，还提升了复合材料机械性能，并实现了对水体中的As(V)高效、快速和多次循环去除的目的。

一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料的制备方法，首先制备稳定的三维多孔细菌纤维素气凝胶，接着将其浸入到硝酸铁溶液中得到铁离子修饰细菌纤维素水凝胶,最后将其转移到均苯三甲酸配体溶液中，室温下反应30s，取出后冷冻干燥，得到铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备细菌纤维素气凝胶；

(2)将步骤(1)制得的细菌纤维素气凝胶浸泡在三价铁溶液中搅拌，得到铁离子修饰细菌纤维素水凝胶；

(3)将所述铁离子修饰细菌纤维素水凝胶转移至由均苯三甲酸溶于去离子水和乙醇组成的混合溶液中，室温反应后，取出铁基金属有机凝胶/细菌纤维素水凝胶并浸入叔丁醇中，然后冷冻干燥得到铁基金属有机凝胶/细菌纤维素复合材料。