[发明专利]一种纳米孔淀粉基吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米孔淀粉基吸附剂的制备方法，方法主要是通过在淀粉颗粒表面构建大量的片状晶体，通过该片状晶体诱导纳米级孔道结构的形成。本发明通过大量的对照试验证明了该片状晶体对于纳米级孔道结构的形成具有直接影响。淀粉基体材料中孔道结构的构建，大大提高了比表面积，提升了吸附吸能，同时，这种方法有利于引入功能性颗粒(磁性颗粒)，避免先成孔后引入功能性颗粒的孔道堵塞问题；此外，改善了来源广泛、绿色可降解淀粉存在结构强度差、吸附能力弱的缺陷，80％淀粉基质也可吸附亚甲基蓝达约60mg/g，在水体污染净化、药物包埋及其他环境、材料领域的应用前景巨大。

技术领域

本发明公开了一种纳米孔淀粉基吸附剂及其制备方法，尤其是涉及一种采用淀粉表面铁矿化协同Fe⁰挤压嵌入式磁化，制得的纳米孔淀粉基磁性材料的方法。

背景技术

环境污染日益严重，尤其是食品加工、化工染料废水排放等水体污染一直威胁着生态环境安全与人类生产活动。多孔材料是一类由有机、无机原料合成或改性得到的功能材料，因其特殊而巨大的比表面积和孔道体积，具有强大的吸附性能，可以净化受污染水域。

目前，多孔材料的制备与规模化应用面临许多挑战：

一、传统吸附剂在水体净化过程中容易脱落颗粒造成二次污染。而诸如石墨烯/氧化石墨烯、有机金属框架MOFs、碳纳米管/纳米颗粒、无机硅/费石/海泡石等新材料虽然吸附能力强，但也都存在生物不可降解的特点，且制备价格昂贵。同时，以上新材料在水体中脱落颗粒属于纳米级污染物，造成的二次污染程度难以估量。

二、多孔材料吸附剂的分离难度高、效率低。在净化水体后，如何切实有效地分离出富集污染物的多孔材料是一个难题。研究人员常通过多孔材料赋磁的方法，即在现有材料基质中负载磁性颗粒或磁流体，从而达到制备磁性多孔材料、净化水体磁分离的目的。然而，该法在磁体负载量方面难以调控：磁性颗粒与材料的物理结合率低，导致磁体负载率不高、磁饱和强度差；磁流体则容易堵塞材料孔道，造成孔隙体积吸附无效化现象。

淀粉来源广泛、绿色安全、生物可降解且加工性能良好，可作为潜在的功能吸附剂原材料。然而，天然淀粉及其衍生物的吸附能力差(以亚甲基蓝MB计，～3mg MB/g淀粉)，即使通过生物酶法、物理及其联用方法改性得到多孔结构，几乎都是大孔尺度，其吸附能力也仍旧不高(10mg MB/g淀粉)。化学法改性淀粉的效果相对较好，但引入大量化学试剂不利于环境保护，且淀粉占最终材料比值往往不到一半(淀粉含量50％，吸附能力实质是由其他试剂含量提高所得)。此外，传统多孔淀粉的孔道大而通透(1-2μm)，磁化后几乎被占据而失去原有孔道体积。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种多孔的淀粉基吸附剂的制备方法，通过本方法制备得到的淀粉基吸附剂，相比于传统多孔淀粉，其孔道尺寸为纳米级，具有极高的比表面积，吸附性能更强。

本发明的另一个目的在于，提供一种多孔的淀粉基吸附剂的制备方法，通过本方法制备得到的淀粉基吸附剂，相比于传统的化学合成的吸附剂，具有更好的降解性和生物安全性。

上述的任一方法至少包括表面矿化诱导，矿化后的表面进一步诱导纳米级孔道的形成。

上述的任一方法还可以包括：在酶法螺杆挤压过程中引入功能性金属粒子，为该吸附剂提供磁性或额外的吸附性。多孔结构的淀粉基吸附剂又能为该功能性金属粒子提供良好的负载环境，保证该功能性金属粒子的功能稳定性。

本发明具体公开了一种纳米孔淀粉基吸附剂的制备方法，该方法主要是通过在淀粉颗粒表面构建大量的片状晶体，通过该片状晶体诱导纳米级孔道结构的形成。本发明通过大量的对照试验证明了该片状晶体对于纳米级孔道结构的形成具有直接影响。

具体地，该方法至少包括：

(1)在羟基离子化处理后的淀粉水溶液中加入零价金属粒子I，以诱导淀粉表面矿化，使得淀粉颗粒表面形成片状的矿化晶；