[发明专利]一种气凝胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种气凝胶复合材料及其制备方法和应用，气凝胶复合材料包括氮化碳、还原氧化石墨烯气凝胶和磁性材料，制备方法包括以下步骤：(1)将氮化碳和磁性材料分散于溶剂中，混合均匀得到悬浮液，去除溶剂后得到混合粉末；(2)将混合粉末和氧化石墨烯分散在溶剂中，反应8～16h后再真空环境下进行冷冻干燥，即得到气凝胶复合材料。该气凝胶复合材料能够作为光催化剂应用于微囊藻毒素的降解，理化性质优异，具有对可见光的吸收范围宽、对微囊藻毒素的降解效果好、可同时进行磁性分离和光催化降解的优点。

技术领域

本发明属于光催化领域，尤其涉及一种气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

微囊藻毒素(MCs)是一种单环七肽物质，具有多种异构体，而含量最多、存在最广泛、危害最严重的是微囊藻毒素-LR(MC-LR)。微囊藻毒素-LR主要靶器官是肝脏，具有广泛的毒性作用，包括遗传毒性、神经毒性、免疫毒性和潜在的肿瘤促进特性，也可引起受试生物的异常发育。这些毒素存在于水体中，或富集于鱼类或贝类，并通过食物链积聚在人体内，全世界已经发生了多起人类和动物中毒死亡的事件。世界卫生组织(WHO)饮用水推荐标准及我国2006年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)均将微囊藻毒素-LR的限量值定为1.0μg/L。微囊藻毒素-LR易溶于水，分子中的环状结构和间隔双键使其具有相当的稳定性，加热煮沸都不能将毒素破坏，自然降解过程十分缓慢，常规的水处理工艺很难将其去除。

目前，水中微囊藻毒素-LR的去除技术主要有混凝沉淀、活性炭吸附、膜分离、生物降解和氧化还原等。但是它们具有各种弊端，例如本质上未能完全去除微囊藻毒素-LR，只是将微囊藻毒素-LR进行了空间上的转移，受到环境限制，易发生二次污染等。因此，光催化氧化技术操作方便、环境友好、无二次污染，具有广阔的发展前景和应用空间，备受研究者青睐，也被认为是能量转换、环境修复和有机合成的理想技术之一。但目前的光催化剂存在回收困难、光吸收范围窄、光利用率低以及化学性质不稳定等问题，限制了微囊藻毒素-LR光催化去除的产业化和扩展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种气凝胶复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的气凝胶复合材料，比表面积大、电子迁移率高，对微囊藻毒素的降解效果好，可同时实现磁性分离、光催化降解功能，便于回收和利用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种气凝胶复合材料，包括氮化碳、还原氧化石墨烯气凝胶和磁性材料。

上述技术方案的设计思路在于，通过制备含有磁性材料的气凝胶复合材料，使磁性材料分散在气凝胶的孔隙之内，能够解决上述复合材料作为催化剂时，回收困难、难以再次利用以及给催化体系带去杂质的问题；另外，非金属半导体光催化剂氮化碳较其他金属光催化剂具有明显优势，而且物化性质稳定，在强酸、强碱及高温环境下均能保持性能稳定，同时，氮化碳还具有安全无毒、对环境友好、无二次污染的优点；另外，以还原氧化石墨烯作为骨架的三维气凝胶作为氮化碳的载体可以避免二维粉末可能出现的团聚问题，并促进电荷分离并抑制电子-空穴复合，从而克服石墨相氮化碳光生电子-空穴复合率高的问题；同时，由于氮化碳在还原氧化石墨烯气凝胶上的固定，在实际应用中可以大大简化氮化碳的分离和再循环过程。

作为上述技术方案的优选，所述氮化碳为石墨相氮化碳。选择石墨相形态的氮化碳是由于石墨相氮化碳的禁带宽度为2.70eV，吸收边带约为460nm，常温常压下吸收太阳光中的可见光就能起到光催化作用，在光催化领域具有很大的潜力。

作为上述技术方案的优选，所述磁性材料为Fe₃O₄粉末。选择四氧化三铁作为磁性材料，除了能够简化气凝胶复合材料作为催化剂时的回收过程外，在与石墨相氮化碳复合使用时，还能够扩大石墨相氮化碳的可见光吸收范围，提升气凝胶复合材料对于可见光的利用率。