[发明专利]纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶及制备方法和应用

说明书

本发明属于凝胶吸附剂技术领域，具体涉及一种纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶有良好的吸附效果，吸附量高达300mg/g以上，且作为气凝胶材料，具有良好的稳定性和整体性，不易造成二次污染的同时有较好的循环利用性；并且制备方法操作简单、耗时少，有较高的生产效率，有望用于大批量制作生产。

技术领域

本发明属于凝胶吸附剂技术领域，具体涉及一种纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的快速发展，越来越多的重金属、有机染料等有毒有害物质进入水体，严重影响水体质量，危害用水安全，尤其是来自纺织印染的有机染料，其在特殊条件下能分解产生20多种致癌芳香胺，再经过活化作用通过改变人体DNA结构而诱发癌症，严重影响到人类健康，因此，有效减少这些污染物是当前环境保护工作中的重要内容。

其中，吸附法去除污染物因其吸附效果好、操作简便、可重复使用等优异特点，成为科研人员的研究热点。吸附法起关键作用的是吸附剂，用于吸附剂的材料众多，由于粉末型吸附剂在水中易分散，可通过与污染物质充分接触，实现较好的吸附效果，是目前吸附法中应用较多的材料，但其尺寸较小，难以在连续流动系统中应用和回收，即使通过结合磁性粒子，采取磁性分离方式回收，亦容易产生二次污染。为了提高吸附剂材料的稳定性与回收利用率，科学研究人员发现三维多孔结构的气凝胶材料具有比表面积大、结构稳定的特点，通过在骨架上引入特异性吸附剂，可有效去除水体中污染物，同时三维结构材料易回收，经简单再生处理后可继续使用，是理想的吸附材料，如CN104998613A公开了纤维素/三氯化铁/葡萄糖酸-δ-内酯的磁性炭化气凝胶，该材料对染料的吸附能力为59.98mg/g，但吸附效果有限，有待进一步提高，并且，由于该材料采用三氯化铁作为交联剂，形成的气凝胶稳定性不足；另外，该气凝胶制备时需要进一步炭化，能耗较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有复合材料吸附性能不佳、稳定性不足、难以回收利用，制备方法能耗大的缺陷和不足，提供一种吸附性能好、稳定、易回收利用且制备方法简单、低能耗、绿色环保的纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶的制备方法。

本发明的目的是提供一种纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶。

本发明另一目的是提供所述纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶在制备吸附剂中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种纤维素/镁铝层状双金属氧化物气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

S1.将镁铝层状双金属氧化物(LDO)与水混合后再与微晶纤维素一起加入到含有氢氧化钠、尿素的水溶液中，搅拌分散后预冷处理，得混合液；

S2.将步骤S1所得混合液解冻后依次加入改性剂和交联剂，搅拌后静置成型，洗涤、冷冻干燥，即得。

本发明先将LDO与水混合，恢复层状结构，再与微晶纤维素混合预冷，可以更好地将LDO与微晶纤维素混合；并且，选用尿素/氢氧化钠溶液混合体系溶解微晶纤维素和LDO，在较好溶解微晶纤维素的同时，还不会破坏LDO的双层结构。然后依次加入PEI与交联剂，人为控制加入顺序，不仅可以更好地保护LDO的结构与促进微晶纤维素的溶解，而且可以让两者先形成氢键，具备更多的通道来接枝胺基，若上述材料同时添加，则会消耗纤维素上更多的反应位点，影响材料结构与吸附性能。

进一步地，步骤S1中，所述镁铝层状双金属氧化物的制备方法为：将镁盐、铝盐的水溶液与碳酸钠、氢氧化钠的水溶液混合，调节pH9.5，在40～80℃反应10～30h，再在500～550℃煅烧5～10h，即得。

具体的，所述镁铝层状双金属氧化物的制备方法可以为：