[发明专利]一种海藻酸钠/碳量子点复合水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种海藻酸钠/碳量子点复合水凝胶材料及其制备方法和作为吸附剂吸附水中稀土元素离子的应用；将海藻酸钠水凝胶球浸泡在碳量子点溶液中，浸泡时间为3‑12小时，过滤，用水洗涤，40‑80℃干燥6‑36小时得到产物海藻酸钠/碳量子点复合水凝胶材料；海藻酸钠水凝胶球与碳量子点的质量比为4000：(1‑20)，碳量子点溶液的浓度为0.5‑5g/L；本发明所述制备方法简单，成本低廉，毒性低，海藻酸钠/量子点复合水凝胶材料对稀土元素离子具有良好吸附效果。

技术领域

本发明涉及一种海藻酸钠和碳量子点复合水凝胶材料及其制备方法，并将其作为吸附剂吸附水中稀土元素离子的应用。

背景技术

稀土元素是现代技术中至关重要的组成部分，由于它们具有独特的催化，光学和磁性，稀土元素涉及到电池，催化剂，永磁体和电子等工业。随着科学技术的进步，全球对稀土元素的需求量也在急剧增加。然而，稀土矿产资源是不可再生资源，并且在世界分布不均匀。除了考虑其工业影响，由于稀土元素的毒性，其废水会对环境和人类健康带来潜在的影响。长期暴露或摄入稀土元素，会使其积聚在人体器官内从而对新陈代谢产生不利影响。目前对于水中所含有的稀土元素的处理方法主要包括离子交换法，化学沉淀法，电解法和吸附法。生物吸附法通常被认为是一种环境友好，有效且成本低廉的用于吸附稀土元素的技术。

海藻酸钠是由褐藻中提取，是一种天然、可再生的多糖聚合物材料，具有丰富的羧基和羟基官能团。此外，海藻酸钠能够通过链中的 -OH或-COOH与二价或多价金属离子配位形成不溶性水凝胶，是一种天然生物吸附剂，具有“蛋盒模型”结构。海藻酸钠具有无毒，生物相容性好，易分离，亲和力强，亲水性强等特点，在药物缓释，废水处理，组织修复，吸附等方面具有广泛的应用。为了提高金属离子去除的吸附能力，研究人员已经通过接枝或混合的方式引入其它的官能团。严等人(Yan Yongzhu，An Qingda et al.Flexible core-shell/bead-like alginate@PEI with exceptional adsorption capacity,recyclingperformance toward batch and column sorption of Cr(VI).Chem.Eng.J.,2017,313.475-486)通过使用戊二醛交联剂将改性试剂聚乙烯亚胺接枝制备得到改性海藻酸钠水凝胶并用于从水溶液中吸附铬离子。宋等人(Song Yongcun,Wang Nan et al.FacileFabrication of ZIF-8/Calcium Alginate Microparticles for Highly EfficientAdsorption of Pb(II)from Aqueous Solutions.Ind. Eng.Chem.Res.,2019,58，6394-6401)。制备了一种采用ZIF-8/海藻酸钠的新型吸附剂，对铅的最大吸附量高达1331.21mg/g。

碳量子点是一种新型零维纳米碳材料，具有显著的性能，如化学稳定性强，毒性低，机械强度高，优异的光致发光和溶解性。由于这些有吸引力的特性，碳量子点在化学或生物学领域都有着广泛的应用，如生物传感器，体内生物成像，药物释放，光化学催化和光学检测。此外，碳量子点具有多种官能团，能与金属离子产生独特的相互作用，使其在选择性检测和吸附领域有着广泛的应用。然而，碳量子点的尺寸小于10nm，限制了它在吸附领域的应用。通过将量子点负载或包裹在特定的载体上，不但可以解决其难以回收的缺点而且还可以改善载体的吸附性能。Wang等人(Wang Zhe，Xu Chao，et al.Visualization ofAdsorption：Luminescent Mesoporous Silica-CarbonDots Composite for Rapid andSelective Removal of U(VI)and in Situ Monitoring the AdsorptionBehavior.Appl.Mater.Interfaces. ACS.，2017,9,7392-7398.)制备了碳量子点/氨基分子筛纳米复合材料，对铀的最大吸附量为173.60mg/g，而单纯的氨基分子筛对铀的最大吸附量为96.02mg/g。