[发明专利]基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料、其的制备方法及应用，属于纳米材料技术领域。该纳米材料的制备包括以下步骤：蛋壳膜预处理；载体蛋壳膜的制备；CuO‑ZnO溶液的制备；负载CuO‑ZnO的蛋壳膜的制备；复合纳米材料的制备。本发明所用原料廉价易得，制备过程简单易行，经过简单的煅烧法即可得到样品，且制备出的纳米材料对有机染料具有高效的吸附性能，在染料废水的处理中具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料、其制备方法及应用。

技术背景

随着工业化和城市化的发展，越来越多的污染物（如：有机染料，重金属等）已经被排放到河流，海洋和地面上，造成了水质、土壤等生态环境的恶化，严重影响了人们的生活质量。当前，染料已成为工业必不可少的重要化工产品之一。据统计，全世界每年生产10多万种类型的染料（约7×10⁵吨），其中至少有1/4被排放到水中，造成极大的污染。一些染料会引起皮肤过敏和诱变，导致癌症的出现。针对染料废水的处理方法有很多，传统上，主要包括电化学、膜过滤、臭氧化以及吸附等，这些工艺方法具有成本高，操作复杂，去除率低的缺点。因此，开发可持续的、低成本的、高效的吸附剂对实现经济和社会的良性、健康发展具有重要意义。

蛋壳膜是一种独特的多孔生物材料，通常被认为是一种废弃物。实际上，蛋壳膜富含蛋白质和多糖等，是一类重要的纯天然生物材料。结构上，它具有天然相互交联的网状结构，内层比表面积大，还有丰富的功能团，可以被应用于催化剂、医药、生物传感器等各个领域，已成为近年来的研究热点。另一方面，金属氧化物纳米材料（CuO, ZnO 和TiO₂等）由于具有独特的光电特性，在处理有机物方面具有广阔的应用前景。利用鸡蛋膜独特的化学结构作为模板将CuO和ZnO纳米材料进行有效的复合，不仅使得到的复合纳米材料结构保留了鸡蛋膜的网状结构，而且可以提高其在吸附有机染料方面的性能，是一种具有重要价值的吸附剂，有望在一定程度上解决有机染料废水造成的水质恶化问题。

本发明中，我们利用蛋壳膜废弃物作为生物模板，制备了基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料；该纳米材料对有机物-刚果红具有良好的吸附作用，是一种很好的吸附剂材料。该纳米材料的制备方法具有材料来源丰富，制备简单，绿色环保等优点。基于我们的文献调研，并未发现相关报道。

发明内容

本发明针对染料废水传统处理工艺成本高，操作繁杂，效率低的问题，提供了一种吸附废水中的有机染料的基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料、其制备方法及应用。本发明的复合纳米材料变废为宝，以蛋壳膜废弃物为原料；采用蛋壳膜与相应金属离子溶液混合，利用简单的煅烧方法制备而成；其中CuO-ZnO纳米颗粒其形态结构很好的保留了鸡蛋膜独特的相互交联的网状结构，提高了对有机染料的吸附能力。本发明的制备方法简单快速、成本低，利于大规模生产，对有机染料具有良好的吸附效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料是以蛋壳膜为模板，与CuO和ZnO纳米材料复合所得。

一种基于蛋壳膜模板的金属氧化物复合纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）蛋壳膜预处理：收集废弃蛋壳，将蛋壳用去离子水反复洗涤，用镊子将蛋壳膜从蛋壳上撕下，在室温下晾干，备用。

（2）载体蛋壳膜的制备：将晾干的蛋壳膜浸泡在HCl溶液中处理10～30 min，然后用去离子水洗涤三次，在室温下晾干，得载体蛋壳膜；

（3）CuO-ZnO溶液的制备：将铜化合物和锌化合物加入到去离子水中,搅拌至完全溶解，得CuO-ZnO溶液；

（4）负载CuO-ZnO的蛋壳膜的制备：将步骤（2）所得载体蛋壳膜，加入到步骤（3）所得CuO-ZnO溶液中浸泡后取出，在室温下晾干，得负载CuO-ZnO的蛋壳膜；