[发明专利]三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简单易行的制备可用作吸附剂的三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶的制备方法。

背景技术

吸附法是最受关注的水处理技术之一，具有易于控制和成本低的优点，目前常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝、聚合物等。由于具有较大的比表面积，纳米材料在吸附中的得到了广泛研究。碳纳米材料石墨烯在理想状态下的比表面积高达2630m2/g，但其在吸附中的应用仍存在局限性，首先，石墨烯表面仅存在sp2杂化的碳原子，使其在吸附中仅能通过范德华力结合污染物，因而对重金属等污染物作用微弱，其次，石墨烯易发生团聚，造成其比表面积下降，最后，作为粉末状纳米材料，吸附后不便于固液分离。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种简单易行的制备可用作吸附剂的三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶的制备方法。通过将石墨烯与聚合物进行复合并制成三维水凝胶能得以解决。作为天然大分子，蛋白质来源广泛、价格低廉、无毒、生物相容性高，并具有良好的成膜性和亲水性，但机械性能较差，将其与石墨烯进行复合能实现优势互补。

为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

(1)在酸性、碱性、或中性水溶液中，依次加入氧化石墨、蛋白质、还原剂，每种物质加入后均进行超声直至形成均匀溶液。所述氧化石墨烯的浓度为0.1～20mg/mL。所述蛋白质可以是大豆蛋白、牛血清蛋白、丝素蛋白、胶原蛋白、角蛋白等蛋白质中的一种。石墨烯与蛋白质的质量比例为1:0～1:100。还原剂为水合肼、硼氢化钠、碳酸氢钠、氢化铝锂、甲醛、糖类化合物、抗坏血酸、谷胱甘肽或氨基酸。石墨烯与还原剂的质量比例不低于1:1。

(2)将所述混合溶液进行水浴加热，温度为50℃～100℃，时间为8～48h，获得石墨烯-蛋白质复合水凝胶；

(3)将复合水凝胶进行干燥后获得气凝胶。

进一步优化技术方案，在步骤(3)中，通过向水凝胶中添加比重0.1～20％的甘油可增强气凝胶的柔韧性。

本发明的有益效果在于：

①本发明工艺简单、易于推广，所得三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶疏松多孔，具有石墨烯气凝胶所不具有的柔韧性，丰富了石墨烯表面的官能团、改善了石墨烯的团聚、增大了材料的亲水性。

②本发明所得三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶对水中污染物具有良好的吸附能力，而将复合材料用作吸附剂比将纯石墨烯用作吸附剂大大降低了成本和毒性，此外作为三维气凝胶也解决了纳米吸附剂难以固液分离的问题。

附图说明

图1为本发明所制备的石墨烯-蛋白质水凝胶图片。

图2为本发明所制备的石墨烯-蛋白质气凝胶扫描电镜图片。

图3为本发明所制备的石墨烯-蛋白质气凝胶在不同石墨烯/蛋白质比重下对甲基橙和四环素的吸附曲线。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

取五个烧杯，分别将40mg氧化石墨加入到20mL蒸馏水中并进行超声6h至溶液均匀，获得2mg/L石墨烯溶液。分别向五组烧杯中加入40mg抗坏血酸，超声1h至溶液均匀后，分别向五组烧杯中加入牛血清蛋白0g、80mg、160mg、240mg、320mg、400mg，超声1h至溶液均匀。

将溶液放入80℃水浴加热12h。加热完毕后，将溶液中的水倒出，倒入蒸馏水浸泡水凝胶24h，12h时换一次水。浸泡后倒掉烧杯中的溶液，水凝胶如图1所示，将水凝胶冷冻干燥24h，获得复合气凝胶，电镜如图2所示。

将五个不同蛋白质含量的气凝胶加入到10mg/L四环素溶液中，放入25℃恒温摇床振荡24h，吸附效果如图3所示。

实施例2

取五个烧杯，分别将40mg氧化石墨加入到20mL蒸馏水中并进行超声6h至溶液均匀，获得2mg/L石墨烯溶液。分别向五组烧杯中加入40mg谷胱甘肽，超声1h至溶液均匀后，分别向五组烧杯中加入牛血清蛋白0g、80mg、160mg、240mg、320mg、400mg，超声1h至溶液均匀。

将溶液放入80℃水浴加热12h。加热完毕后，将溶液中的水倒出，倒入蒸馏水浸泡水凝胶24h，12h时换一次水。浸泡后倒掉烧杯中的溶液，将水凝胶冷冻干燥24h，获得复合气凝胶。

将三维石墨烯-蛋白质气凝胶加入到10mg/L四环素溶液中，放入25℃恒温摇床振荡24h，气凝胶对四环素吸附效果良好。

实施例3