[发明专利]一种多功能生物质基复合水凝胶的制备方法及其应用

说明书

一种多功能生物质基复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：采用水热法合成Fe系金属有机框架，通过光还原法将纳米银负载分散在MOFs上，通过与瓜尔胶物理共混，自交联制备复合水凝胶；复合多功能水凝胶集吸附‑光催化降解染料、油水分离、水体抗菌‑杀菌于一体，在处理工业废水，修复水体环境领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术领域，催化降解和水体修复领域，尤其涉及一种多功能生物质基复合水凝胶的制备方法及其应用，其用于复杂废水环境治理的应用。

背景技术

近年来，随着工业经济的不断发展，全球尤其是发展中国家不断出现严重的水体污染问题。有机染料、油类和细菌等污染物对人类健康和生态安全造成的威胁越来越大，如何对复杂的水系统进行有效的处理引起了人们的广泛的关注。有机染料，如亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)等，由于其芳香结构不可降解，通常被认为是有毒甚至致癌的。目前已经采用了许多技术从水中去除这些复杂的污染物，包括吸附，沉淀，过滤，生物处理等，但这些方法通常成本较高而且处理效果较差。相比于上述方法，光催化降解染料是一种安全、高效、无毒环保、成本低廉的新兴技术，具有良好的应用前景。常用到的光催化材料主要是一些金属半导体，如TiO₂、Ag₂O、CdS等。专利（CN103111309A）公开了一种制备ZnS-CdS复合半导体的方法，通过构筑双半导体异质结构来提高光催化效果。专利（CN108298632A）通过对TiO₂进行K、Nd掺杂提升光催化效果，对染料废水展现出高的可见光降解效果。相比于上述传统金属半导体催化剂，Fe系金属有机框架材料也是一种很好的光催化MOFs材料，具有更大的比表面积，更多的反应活性位点，能够更好的吸附污染物并且与活性位点接触。但是其光电子空穴对相对容易复合，光催化性能有待进一步提高。Liang等人将贵金属纳米粒子Pt、Au负载在Fe系MOFs材料上，用于光催化降解甲基橙，贵金属纳米粒子的负载可提高MOFs的光催化性能（Nano Research，2015, 8（10）, 3237-3249）。然而，Pt、Au纳米粒子价格昂贵，且催化材料作为粉体材料，可回收性较差，限制了其规模应用

另外，复杂的受污染水体中还存在多种细菌污染物（如大肠杆菌等），严重危害人们居住环境和身体健康。Ag NPs被公认为是最好的抗菌剂之一，能够有效杀死各种细菌。专利（CN103181399A）将Ag 掺杂在TiO₂薄膜上赋予了材料高效的抗菌效果。油类污染物也是造成水体污染的一大诟病，水体中油类污染物是经常造成动植物的大量死亡的主要原因之一。目前主要手段是通过吸附来进行油水分离。瓜尔胶可通过简单的自组装交联形成多孔水凝胶网络体系，其表面具有大量亲水基团，具有高效的吸水性和疏油性，能够很好的将油水混合物分离。公开号为CN109046400A的中国专利公开了一种将贵金属Pt负载在BiOI微球上构筑异质结提升光催化性能的方法，但负载贵金属Pt成本较高，而且产物不容易回收。公开号为CN108607599A的中国专利文献公开了一种量子点Au/C₃N₄水凝胶基光催化剂的制备方法，将Au量子点包覆在C₃N₄表面，然后与多糖水凝胶进行复合，制备出抗菌杀菌、光催化降解染料于一体的功能材料。但该方法采用辐射法对Au量子点进行负载，不仅操作复杂而且成本较高，难以应用于复杂废水环境的治理。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种多功能生物质基复合水凝胶的制备方法及其应用，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能生物质基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1）将Fe系金属粉末和均苯三甲酸(H₃BTC)混合后，加入10~25ml去离子水搅拌，量取150~200µL氢氟酸（HF 48%）和90-150µL硝酸(HNO₃ 65%)逐滴加入上述溶液中，继续磁力搅拌15~30min；