[发明专利]一种3D网络结构纤维素基水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种3D网络结构纤维素基水凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1，羧甲基纤维素纳米纤维CM‑CNFs的制备：将定量滤纸分散于水中，依次加入2,2,6,6‑四甲基哌啶氧化物，溴化钠和次氯酸钠进行氧化反应；S2，碳量子点CDs的制备；S3，碳量子点修饰的羧甲基化纤维素纳米纤维CM‑CNFs‑CDs的制备：将CM‑CNFs与CDs进行酰胺化反应；S4，3D网络结构纤维素基水凝胶的制备：将丙烯酸和NaOH进行中和反应，加入CM‑CNFs‑CDs，烯丙基硫脲，交联剂和引发剂，氮气条件下进行反应，得到透明状水凝胶时反应结束。本发明的3D网络结构纤维素基水凝胶能够有效吸附分离污水中的Hg²⁺。

技术领域

本发明涉及一种3D网络结构纤维素基水凝胶及其制备方法和应用，尤其涉及其在吸附Hg²⁺中的应用。

背景技术

水体重金属污染对人类健康和环境构成严重威胁，多年来已成为世界性的重大问题。工业废水中含有大量的重金属离子，其中Hg²⁺是最具毒性的重金属离子之一，其具有高生物蓄积性，可与蛋白质链的半胱氨酸结合，形成强大的Hg-S键，对中枢神经和心血管系统、肾脏、骨骼等造成不可逆转的损害，因此从废水中去除Hg²⁺变得至关重要。传统的去除废水中重金属离子的方法通常包括化学沉淀法、电化学处理法、膜分离法和吸附法。在这些技术中，吸附法因其效率高、操作简单、成本低且易于再生而成为最通用、最广泛的方法。然而，传统吸附材料，如二氧化硅、活性炭、金属氧化物、聚合物树脂等具有孔径狭窄、活性位点较少、热稳定性差等缺点，导致了传统吸附材料吸附能力低，效率差等问题，使其在实际应用中存在局限性。因此，开发具有高吸附能力的新材料对去除水环境中的染料和重金属离子都具有重要意义。水凝胶因比表面积大、金属离子配位基团密度高、可循环利用等优点，在水体重金属清除方面具有广阔的应用前景。基于此，本发明将设计一种新型纤维素基高分子水凝胶，将其作为Hg²⁺定向吸附剂，以期为污水中Hg²⁺的高效分离提供新的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种3D网络结构纤维素基水凝胶及其制备方法及其在吸附Hg²⁺中的应用，比如吸附分离污水中的Hg²⁺。能够用于Hg²⁺的吸附和分离，具有吸附分离效率高、机械性能好、操作简单、成本低等优点。

本发明提供一种3D网络结构纤维素基水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，羧甲基纤维素纳米纤维CM-CNFs的制备：将定量滤纸分散于水中，依次加入2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物，溴化钠和次氯酸钠进行氧化反应，得到羧甲基纤维素纳米纤维CM-CNFs；

步骤2，碳量子点CDs的制备；

步骤3，碳量子点修饰的羧甲基化纤维素纳米纤维CM-CNFs-CDs的制备：将步骤1制备的羧甲基纤维素纳米纤维与步骤2制备的碳量子点CDs进行酰胺化反应，制备得到碳量子点修饰的羧甲基化纤维素纳米纤维CM-CNFs-CDs；

步骤4，3D网络结构纤维素基水凝胶的制备：将丙烯酸和NaOH于冰浴条件下进行中和反应，加入步骤3制备的碳量子点修饰的羧甲基化纤维素纳米纤维CM-CNFs-CDs，然后加入烯丙基硫脲，交联剂和引发剂，氮气条件下进行反应，得到透明状水凝胶时反应结束，得到3D网络结构纤维素基水凝胶。

作为优选，步骤1中，所述反应时的pH为10.0-10.2。

作为优选，步骤2中，所述碳量子点CDs的制备方法具体为：将碳源和硫脲溶于水中进行水热反应，得到碳量子点CDs。

作为优选，步骤2中，所述水热反应条件为：160℃反应8h。