[发明专利]一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备方法，是在氢氧化钠、尿素绿色溶剂中，以细菌纤维素/聚乙烯醇为骨架材料，通过复合填料氧化石墨烯和凹凸棒土，采用冻融循环的方法制备再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料。该吸附材料制备成本低，具有较好的酸碱稳定性和热稳定性，对刚果红、亚甲基蓝染料及Cu²⁺、Pb²⁺重金属离子具有较好的吸附能力，重复多次使用后仍有较高的再生率，是一种能够应用于工业废水净化处理的新型吸附材料。

技术领域

本发明属于环境工程材料领域，具体涉及一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备方法，本发明同时还涉及该复合气凝胶吸附材料在吸附染料和重金属离子中的应用。

背景技术

随着人类社会的发展，工业废水的排放日益增加，严重威胁对人类健康和水生态系统安全。人体中Cu(II)和Pb(II)等金属的过度富集，会导致心血管，神经系统和免疫系统和不同器官及疾病的严重损害。吸附法操作简单，成本低，金属离子和残料等去除率高，被认为是最具成本效益的处理方法之一。

常用的吸附材料有活性炭、天然矿物、树脂、天然橡胶、聚合物、工农业废弃物、金属氧化物纳米材料等。壳聚糖、纤维素等各种可再生、可生物降解和生物相容性材料的生物质吸附剂也因为其高纯度、独特的三维（3D）交联网络和高比表面积、降解后不会造成二次污染等特点被用作吸附材料。然而直接用纤维素作吸附剂，吸附量小，选择性低。为了提高纤维素的吸附能力，需对其进行改性或复合。聚乙烯醇（PVA）具有很强的亲水性和良好的生物相容性，可与纤维素通过冻融循环形成高强度水凝胶。然而，目前细菌纤维素与聚乙烯醇复合材料对重金属离子的吸附作用还未见报道。

氧化石墨烯（graphene oxide，GO）和凹凸棒土（APT）具有较高的比表面积，可高效捕集染料、重金属离子等多种污染物，近年来受到广泛关注。GO与ATP复合作为水凝胶填料的研究重金属离子或染料吸附的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料的制备方法；

本发明另一个目的是提供该再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料在吸附染料中的应用；

本发明还有一个目的是提供该再生细菌纤维素复合气凝胶吸附材料在吸附重金属离子中的应用。

一、复合气凝胶吸附材料的制备

本发明本发明充分利用细菌纤维素水凝胶疏松多孔、环境友好和在废水处理中的潜在应用前景，用氢氧化钠/尿素绿色溶剂体系溶解细菌纤维素和聚乙烯醇，以比表面积大的石墨烯氧化物、凹凸棒石为填料增强复合物的吸附性能，采用反复冻融法制备了一种再生细菌纤维素/聚乙烯醇/石墨烯氧化物/凹凸棒石(BC/PVA/GO/APT)复合气凝胶吸附材料，具体包括以下制备步骤：

（1）将细菌纤维素粉末加入NaOH、尿素和H₂O混合溶液中，-12~-20℃下预冷30~60min，2000~3000r/min下搅拌10~30min，得到透明的细菌纤维素溶液。其中，细菌纤维素粉末与NaOH、尿素和H₂O混合溶液的质量比为1:20~1:50；NaOH、尿素和H₂O混合溶液中，NaOH、尿素和H₂O的质量比为1:1.2:10~1:2:15。

其中细菌纤维素粉末的制备方法如下：将葡萄糖醋酸杆菌接种至灭菌的HS培养基中，调节pH至5.2~6.8，于26~30℃条件下，静置发酵7~12天；将得到的上层细菌纤维素薄膜取出，置于0.1 mol/L NaOH溶液中，于65~85℃下处理40~60min，除去残留的培养基、菌体后，将细菌纤维素薄膜从NaOH中取出，用蒸馏水反复洗涤至pH = 7.0，冷冻干燥，机械粉碎，过200目筛，得到细菌纤维素粉末。