[发明专利]通过双冰模板法制备ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶的方法及其应用

说明书

本发明提供一种通过双冰模板法制备ZIF‑67/QGO/SB‑CS气凝胶的方法及其应用。本发明制备的气凝胶具有很好的PPCPs吸附功能和防污抑菌能力。本发明采用的方法为：通过氧化石墨烯在磷酸盐缓冲盐水中，滴加苯醌的乙醇，得到苯醌修饰的氧化石墨烯；将壳聚糖添加到装有乙酸的圆底烧瓶中，加入磺基甜菜碱，液氮冷冻获得磺基甜菜碱修饰的壳聚糖；将苯醌修饰的氧化石墨烯分散在蒸馏水中，当形成稳定的悬浮液时，将乙酸水溶液和SB‑CS溶解在玻璃瓶中，在磁力搅拌器下剧烈搅拌3 h以形成溶胶‑凝胶体系，在液氮条件下冷冻后放置于‑17°C的冰箱中过夜，最后真空冷冻干燥48 h，取出气凝胶，加入六水合硝酸钴反应12 h后加入2‑甲基咪唑反应12 h，然后通过真空干燥箱烘干得到气凝胶。

技术领域

本发明涉及气凝胶的制备技术领域，具体涉及一种通过双冰模板法制备ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶的方法及其应用。

背景技术

目前，环境中越来越多的药品和个人护理产品(PPCPs)引起了人们的严重关注。由于PPCPs的广泛使用和假持久性，它们在周围环境中的存在不断增加，对人类健康和自然生态系统产生一系列潜在的不利影响。现有的是通过传统的废水处理技术去除PPCPs，但是被证明是无效的。此外，大多数吸附剂(活性炭，树脂，分子筛)都存在固有缺点。

因此，迫切需要开发新型吸附剂进行吸附。气凝胶由于其高比表面积和制备简便而被认为是理想的吸附剂。与普通吸附剂相比，气凝胶是一种具有相当高的比表面积、超高孔隙率、可调控的开放空隙结构，易于化学修饰的表面及多样化的种类和形态，在气体吸附，水体净化等环境领域展现出广阔的应用前景。近年来，环境污染日益加重，气凝胶在保护环境方面正在发挥自己强大的作用。

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)是一类极具前景的多孔材料，由有机配体桥联金属离子或离子簇自组装而成，相较于活性炭，炭纤维，吸附树脂这类常用吸附材料，具有更高的孔隙率，比表面积和丰富的结构多样性。ZIF材料作为一种锆基配位物，因其稳定的配位键，易引入配体官能团，纳米的级孔笼结构，使得其在PPCPs的高效吸附领域具有巨大应用潜景，但其回收性差，不具备气体扩散和分筛能力，因而需要一个良好载体来负载ZIF材料。ZIF-67作为一种常见的ZIFs材料，因其制备简单、操作简便，反应时间短而被广泛研究，它是由Co²⁺为金属中心，2-甲基咪唑为有机配体生成的多孔ZIFs材料，它吸附性强，但容易在纯水中分解，因此，通过ZIF-67结合气凝胶制备出新型气凝胶而提高应用能力。

发明内容

本发明提供一种通过双冰模板法制备ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶的方法及其应用，该方法制备的气凝胶具高吸附能力和防污抑菌效果。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：通过双冰模板法制备ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶的方法，其特征在于：步骤为：

1)将14-16g的1-氯-3-二甲氨基丙烷盐酸盐溶于10mL水中，然后滴加10mL的40％NaOH到1-氯-3-二甲氨基丙烷盐酸盐溶液中，30min后，用分液漏斗获得1-氯-3-二甲氨基丙烷，然后与17-19g的1，3-丙磺酸在1,2-二氯乙烷中反应，用1,2-二氯乙烷洗涤真空干燥得到两性离子；

2)将1mmol壳聚糖添加到装有10mL干燥乙酸的圆底烧瓶中，溶解后，加入步骤1)中得到的两性离子1mmol，并在N₂条件下50℃搅拌48h，使用透析管将反应产物透析2天，然后，冻干获得产率为40.27％的磺基甜菜碱接枝壳聚糖的白色粉末；

3)将氧化石墨烯分散在磷酸盐缓冲盐水中制得悬浮液，在搅拌下滴加苯醌的乙醇溶液，混合物室温下在氩气气氛下搅拌过夜，然后用聚四氟乙烯膜过滤，收集膜上的固体并分散在水中，在水浴中进行声波处理并再次在聚四氟乙烯膜上过滤，用乙醇洗涤3次，将所得固体分散在水中并在水中透析3天，冻干后得到苯醌修饰的氧化石墨烯；