[发明专利]一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境功能材料领域，特别涉及一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球及其制备方法和应用。其制备步骤包括：将氧化石墨粉末溶于去离子中，密封条件下超声3‑10h形成氧化石墨溶液；氧化石墨溶液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌2‑5h，形成混合溶液；将混合溶液加入金属离子水溶液中，形成三维复合网络凝胶。通过本发明方法制备的氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球，是将GO与以SA和κ‑Ca为基体的凝胶复合，不仅会提高凝胶球的机械强度，利于其重复使用，还能提高凝胶球的吸附性能，在环境污染治理中具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，特别涉及一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一类具有三维网络结构的功能材料，目前，在废水处理中，水凝胶作为一种高效、环境友好的吸附剂逐渐受到人们的重视。但水凝胶的机械强度和韧性较低，单纯提高交联度使凝胶网络弹性下降，脆性上升，力度强度提高的程度有限，这限制了水凝胶的应用。

海藻酸钠(SA)是一种由(1，4)-β-D-甘露糖醛酸(M)和(1，4)-α-L-古罗糖醛酸(G)两种结构单元不规则连接而成的线型天然高分子，具有生物相容性好、安全无毒、价格低廉等优点，其结构中的古罗糖醛酸可交联二价或三价金属离子(如Ca²⁺、Ba²⁺)，形成具有强度又具有弹性的凝胶，由此制得海藻酸钠微球。但形成的海藻酸钠水凝胶存在力学强度较差，结构不均一，难重复利用，浓度过大时不利于成球等问题。

卡拉胶(κ-Car)，又称角叉菜胶，是从海洋红藻中提取的一种具有优良凝胶性、亲水性和分散性以及具有较好成膜性的天然阴离子聚多糖，主要由α(1－4)－3，6－D－吡喃半乳糖和β(1－3)－D－吡喃半乳糖为基本骨架交替连接，κ－卡拉胶的凝胶特性与3，6－内醚键与硫酸酯基团密切相关，也是一种热可逆凝胶，但单独使用时有一定的局限，κ－卡拉胶在低浓度时就能形成凝胶，但其凝胶脆性大，弹性小，对水的热稳定性比较差。

石墨烯(GO)是一种由碳原子紧密堆积成单层二维结构的炭质新材料，氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物，具有很好的纳米片层结构，比表面积较大，表面有大量的羟基和环氧基及边缘处的羰基和羧基，使GO具有良好的亲水性，易与聚合物之间形成化学键或氢键，从而使其在提高聚合物复合材料的各项性能方面具有更大的潜力。近年来，GO及其复合材料作为吸附剂，用于废水处理得到广泛关注。

如果将GO与以SA和κ-Car为基体的凝胶复合，不仅会提高凝胶球的机械强度，利于其重复使用，还能提高凝胶球的吸附性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球，是将GO与以SA和κ-Ca为基体的凝胶复合，不仅会提高凝胶球的机械强度，利于其重复使用，还能提高凝胶球的吸附性能，在环境污染治理中具有很大的应用潜力。

本发明的另一个目的是提供一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球制备方法。

本发明的目的，通过以下技术方案实现：

一种氧化石墨烯/海藻酸钠/卡拉胶三维复合网络凝胶球的制备方法，其步骤包括：

(1)将氧化石墨粉末溶于去离子中，密封条件下超声3-10h形成氧化石墨溶液；

(2)在步骤(1)中的氧化石墨溶液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌2-5h，形成混合溶液；将混合溶液加入金属离子水溶液中，形成三维复合网络凝胶。

优选的，可将三维复合网络凝胶浸泡在所述含有金属离子的水溶液中6-12h，然再浸泡于去离子水中6-12h。