[发明专利]一种自驱动吸附重金属Janus微球及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种自驱动吸附重金属Janus微球及其制备方法和用途，包含如下步骤：1)制备海藻酸钠溶液和氯化钙溶液；2)化学改性和热解制备得到用于吸附重金属离子的活性炭；3)将步骤2)所得的活性炭与步骤1)所得海藻酸钠溶液混合作为Janus微球的一面；4)将Fe₃O₄纳米颗粒和过氧化氢酶与步骤1)所得海藻酸钠溶液混合作为Janus微球的另一面，5)将步骤3)和步骤4)中的两种溶液分别推入气体剪切加工装置的针头，在气体剪切力作用下喷射入氯化钙溶液中固化成Janus微球。本发明制备的Janus平均粒径为500μm左右，呈现出明显的双面结构，在H₂O₂溶液中能产生气泡推动Janus微球运动，对Cr(VI)具有高效的吸附能力，通过施加外部磁场可方便回收Janus微球。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种自驱动吸附重金属的Janus微球及其制备方法和用途。

背景技术

水处理目的是提高水质，使之达到某种水质标准。活化炭吸附法属于生物化学法，是常用的污水处理技术。活性炭上丰富的-OH基团与Cr₂O₇^2-生成单齿或双齿配合物，达到化学吸附的效果。但是在活性炭吸附法中，仍然存在许多关键技术难题，限制了活性炭对重金属离子的效率的提高。例如如何提高活性炭与水的接触面积进而提升吸附效率。此外，如何高效快速回收活性炭也是亟待解决的技术难题。

古罗马的双面神叫做Janus，在高分子材料领域中常用来描述具有两种不同化学结构或性质的不对称粒子。Janus微球因其特殊的结构和化学组成使其在物理和化学性质方面具有独特的性质。

本项目利用Janus微球具有两面的特点，在其中一面加入活性炭，使Janus 微球具有吸附Cr(VI)的能力；在另外一面加入Fe₃O₄纳米颗粒和过氧化氢酶， Fe₃O₄纳米颗粒用于在外加磁场下高效回收Janus微球，过氧化氢酶使Janus微球在H₂O₂溶液中能产生气泡促使微球运动，增加其与重金属溶液的接触面积，提高吸附效率。

本发明将Janus微球的特性和活性炭吸附法相结合，不仅增加活性炭吸附重金属离子的吸附效率，而且方便回收Janus微球。有效解决了活性炭吸附法中关键技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种自驱动吸附重金属的Janus微球及其制备方法和用途。本发明所制备得到的Janus 微球对Cr(VI)有较高的能力，并且在不借助外部条件的情况下实现自驱动，进一步提高Janus对Cr(VI)的吸附能力。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

一种自驱动吸附重金属的Janus微球，Janus微球的一面含有活性炭，用于吸附Cr(VI)；Janus微球的一面另一面含有Fe3O4纳米颗粒和过氧化氢酶，分别用于外部磁场回收微球和驱动微球运动。

按上述方案，所述Janus微球的平均粒径为500±10μm。

本发明包含上述一种自驱动吸附重金属的Janus微球及其制备方法，主要步骤如下：

(1)制备海藻酸钠溶液和氯化钙溶液，海藻酸钠作为基材，可与钙离子交联成球；

(2)以甘蔗渣为原料，ZnCl₂作为激活剂，二者混合在水溶液中混合，完全干燥后在氮气气氛下热解得到活性炭；

(3)将步骤(2)所得的活性炭与步骤(1)中所得的海藻酸钠溶液混合，作为Janus的一面；