[发明专利]一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水处理领域，特别涉及一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球及其制备方法和应用。一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球，该凝胶球的组成为：以海藻酸钠和氯化钙交联，并包裹3D氧化锌和活性炭粉末的杀菌材料。本发明制备方法操作简单、效率高，所制备的复合凝胶球以海藻酸钠为主要原料，具有可降解生物的特点，是一种环境友好材料，可通过再生处理重复使用，废弃后可降解，降低环境污染。

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种高效去除水中耐药菌和耐药基因的多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球及其制备方法和应用。

背景技术

海藻酸(C5H7O4COOH)n是海带、巨藻等褐藻类细胞膜的主要成份，是天然环保的高分子材料，海藻酸钠可以与钙离子络合形成不可逆的海藻酸钙凝胶球，在工程中常作为吸附性良好的天然载体，具有成本低、可生物降解和药物缓释等优点。这种载体易于分离和重复使用，不仅能克服粉末团聚的缺点，而且增强了反应器或装置的稳定性，适合在连续流吸附柱中使用。

近年来抗生素的滥用导致耐药菌广泛存在于各类水体中，环境中抗性基因的不断传播使微生物耐药性问题日趋严重，而水处理系统作为耐药性传播的热点区域，与人类健康和安全息息相关，因此需要研究用于水消毒的新型除菌杀菌技术。传统的水消毒技术一般采用紫外辐射、氯化、臭氧消毒等方法，但这些方法存在高能耗、高成本、消毒副产物产生的问题。氧化锌作为一种可替代的杀菌剂，已经在水体消毒领域得到广泛研究，但大多数研究中的氧化锌因在水溶液中易团聚和沉积，会导致杀菌效果低下，难以在真实水体中应用。

本发明通过将3D氧化锌包覆于海藻酸钙凝胶球内部来避免其在水体中团聚沉积，也使得这种杀菌剂能缓慢释放且长期有效，而包覆的活性炭同时提高了凝胶球的吸附性能和机械性能，最终制备得到一种具有杀菌和吸附双重特性的凝胶球，在固定床柱实验中有良好的应用潜力。

发明内容

针对传统方法去除耐药细菌和耐药基因效果不显著和产生消毒副产物的问题，本发明提供了一种高效去除水中耐药菌和耐药基因的多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球。

一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球，该凝胶球的组成为：以海藻酸钠和氯化钙交联，并包裹3D氧化锌和活性炭粉末的杀菌材料。

另外，本发明还提供了多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的制备方法。

一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将二水合醋酸锌、柠檬酸钠和氢氧化钠溶液混合，通过一步水热法制备3D氧化锌；

(2)将离心分离的氧化锌白色沉淀用去离子水和无水乙醇清洗，在空气下干燥，得到3D氧化锌粉末；

(3)配置一定浓度的3D氧化锌和活性炭的混合溶液；

(4)将海藻酸钠加入步骤(3)得到的混合溶液中，超声搅拌使其充分混合；

(5)配置一定浓度的氯化钙溶液；

(6)将步骤(4)得到的混合溶液均匀滴入到氯化钙溶液中，通过离子交换反应形成交联网络，静置一段时间后，取出用去离子水浸泡清洗，得到多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球。

其中，

步骤(1)中所述二水合醋酸锌和柠檬酸钠在去离子水中的浓度为31.25mmol/L，加入的氢氧化钠溶液浓度为4.0mol/L。

步骤(1)中所述一步水热法反应在120℃下加热8～12h。

步骤(2)中所述干燥时间是12～24h。

步骤(3)中所述混合溶液中氧化锌浓度为0％～1％，活性炭浓度为0.1％～0.2％。