【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于環(huán)境，具體涉及一種雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、公開該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本專利技術(shù)的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
2、如今，我們每年存在超過70萬噸商業(yè)染料和顏料，其中5％以上作為污染物被釋放到水中。偶氮染料作為最大的一類合成染料，占所有已知商業(yè)染料的70％。偶氮染料憑借其易著色、易合成等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于多種纖維的染色和印花工藝。但是偶氮染料的使用也對(duì)我們的生存環(huán)境產(chǎn)生了巨大的威脅。大多數(shù)偶氮染料是有毒的，都含有一個(gè)或多個(gè)芳香偶氮基團(tuán)。會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生致畸、致癌的和致突變等影響，會(huì)導(dǎo)致人類過敏、癌癥和突變。
3、無法自然降解的有機(jī)污染物一直是水處理中難以解決的難題。目前，去除這些有機(jī)污染物的方法包含光催化、吸附、fenton法和生物處理等方法。而高級(jí)氧化法(aops)方法具有在水處理中最有效、便捷和徹底清楚污染物的優(yōu)勢(shì)，aops被證明是處理特定物質(zhì)的絕佳替代品，因?yàn)樗鼈兛梢詫⒂袡C(jī)分子還原為二氧化碳、水和惰性鹽(礦化)。
4、金屬有機(jī)材料(mof)是一種由金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體配位而成的多孔晶體材料，因此也被稱之為多孔配位聚合物。mof材料因其優(yōu)異的物理性能，廣泛應(yīng)用于電催化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、多孔和高比表面積以及穩(wěn)定負(fù)載金屬的能力，但mof材料在水相中非常不穩(wěn)定，且粉末形狀的mof材料難以回收利用。
5、co離子和二甲基咪
6、海藻酸鈉，一種由β-d-甘露糖醛酸(m)單元和α-l-古洛糖醛酸(g)單元按連接而成的生物多糖。海藻多糖中的這些g,m單元可通過與二價(jià)或三價(jià)金屬離子螯合形成穩(wěn)定的蛋殼結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^將海藻酸鈉注入向金屬離子溶液中的方法制備纖維或者水凝膠。海藻水凝膠由于其環(huán)境友好性，較好的吸收能力和生物相容性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和防護(hù)領(lǐng)域，而作為功能材料作用于環(huán)境修復(fù)，特別是污水處理方面，研究較少。因此，開發(fā)具有多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)且具備污水處理功能的海藻酸水凝膠具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠及其制備方法與應(yīng)用。通過將碳化后的cu-co-zif與海藻酸鈉結(jié)合，再用滴定法在fecl3的凝固浴中制備水凝膠，其中，碳納米立方的加入不僅能增加水凝膠的孔徑與表面積，而且cu、co的加入能參與并促進(jìn)fenton反應(yīng)的循環(huán)，使得fenton性能大大提升，并且對(duì)多種污染物均具有良好的降解性能，可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。
2、具體地，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、本專利技術(shù)的第一方面，提供了一種雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠，所述海藻酸水凝膠包括海藻酸鈉骨架、分布在海藻酸鈉骨架上的cu-co-碳納米立方體和與海藻酸鈉骨架配位的fe3+。
4、本專利技術(shù)的第二方面，提供了一種上述雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠的制備方法，包括如下步驟：
5、s1、將cu-co-zif進(jìn)行碳化處理，制得cu-co-碳納米立方體；
6、s2、向海藻酸鈉水溶液中加入cu-co-碳納米立方體，混合液添加到含fe3+的凝固浴中，即得。
7、優(yōu)選的，步驟s1中，所述cu-co-zif的具體制備步驟為：向二甲基咪唑水溶液中加入混合有銅鹽和鈷鹽的水溶液，混合溶液進(jìn)行靜置反應(yīng)后即得；
8、其中，所述二甲基咪唑水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07％～0.08％；所述銅鹽和鈷鹽的摩爾比為3～5:5～7，優(yōu)選為4:6；
9、所述銅鹽選自硝酸銅、硫酸銅和氯化銅中的一種或多種，所述鈷鹽選自硝酸鈷、硫酸鈷和氯化鈷中的一種或多種；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述銅鹽為硝酸銅，所述鈷鹽為硝酸鈷；
10、所述靜置時(shí)間為12～16h；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述靜置反應(yīng)后的混合溶液通過離心得到cu-co-zif。
11、優(yōu)選的，步驟s1中，所述碳化處理的反應(yīng)條件為：惰性環(huán)境下，以加熱速率1～3℃/min進(jìn)行升溫至450～600℃，保溫時(shí)間為1～3h；進(jìn)一步優(yōu)選的，以加熱速率2℃/min進(jìn)行升溫至600℃，保溫時(shí)間為2h。
12、優(yōu)選的，步驟s2中，所述海藻酸鈉是由海洋生物質(zhì)資源提取而成，所述海洋生物質(zhì)資源選自褐藻、馬尾藻、瓊膠中的一種或多種；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述海藻酸鈉水溶液的質(zhì)量濃度為2.0％～3.0％。
13、優(yōu)選的，步驟s2中，所述海藻酸鈉水溶液的制備是將海藻酸鈉溶于去離子水中，進(jìn)行攪拌反應(yīng)至形成均勻的溶膠，然后進(jìn)行真空脫泡處理而得。
14、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述攪拌反應(yīng)的時(shí)間為1～3h，溫度為20℃～30℃，攪拌的速率為500～700r/min；所述真空脫泡處理的溫度為50～70℃，壓力為-20～-30kpa。
15、優(yōu)選的，步驟s2中，所述cu-co-碳納米立方體與海藻酸鈉的質(zhì)量比為0.8～1.2:1.5～2.5；優(yōu)選為1:2。
16、優(yōu)選的，步驟s2中，所述含fe3+的凝固浴為fecl3水溶液，所述fecl3水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％～6％，反應(yīng)時(shí)間為8～15h。
17、本專利技術(shù)第三方面，提供一種上述方法制備的雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用；
18、優(yōu)選的，所述污水處理中的有機(jī)污染物包括孔雀石綠、羅丹明b、四環(huán)素；
19、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述有機(jī)污染物降解的方法，包括：在包含有機(jī)污染物的污水中加入雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠，調(diào)節(jié)ph為3～7，待水凝膠完全分散且吸附平衡后，在可見光照下與過氧化氫作用進(jìn)行光催化降解有機(jī)污染物。
20、本專利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式至少具有以下有益效果：
21、(1)本專利技術(shù)制備的水凝膠呈現(xiàn)出多孔的形貌，相較于海藻酸水凝膠光滑的表面提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)，使得有機(jī)污染物分子更易與水凝膠中的反應(yīng)位點(diǎn)相結(jié)合，提高反應(yīng)效率。
22、(2)本專利技術(shù)制備的水凝膠具有fenton性能，在將cu-co-碳納米立方體(cu-co-cnc)添加后，制得的水凝膠對(duì)偶氮類染料的降解性能大大提升，在80min內(nèi)對(duì)孔雀石綠的降解率可達(dá)到90％，這得益于cu-co-cnc添加后多孔的形貌以及cu、co促進(jìn)并參與fenton循環(huán)。
23、(3)本專利技術(shù)涉及的海藻酸中的羧基可以與fe3+配位，該本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠，其特征在于，所述海藻酸水凝膠包括海藻酸鈉骨架、分布在海藻酸鈉骨架上的Cu-Co-碳納米立方體和與海藻酸鈉骨架配位的Fe3+。
2.一種如權(quán)利要求1所述的雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述Cu-Co-ZIF的具體制備步驟為：向二甲基咪唑水溶液中加入混合有銅鹽和鈷鹽的水溶液，混合溶液進(jìn)行靜置反應(yīng)后即得；
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述銅鹽選自硝酸銅、硫酸銅和氯化銅中的一種或多種，所述鈷鹽選自硝酸鈷、硫酸鈷和氯化鈷中的一種或多種；優(yōu)選的，所述銅鹽為硝酸銅，所述鈷鹽為硝酸鈷。
5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述靜置時(shí)間為12～16h；優(yōu)選的，所述靜置反應(yīng)后的混合溶液通過離心得到Cu-Co-ZIF。
6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述碳化處理的反應(yīng)條件為：惰性環(huán)境下，以加熱速率1～3℃/min進(jìn)行升溫至450～600℃，保溫時(shí)間
7.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述海藻酸鈉是由海洋生物質(zhì)資源提取而成，所述海洋生物質(zhì)資源選自褐藻、馬尾藻、瓊膠中的一種或多種；優(yōu)選的，所述海藻酸鈉水溶液的質(zhì)量濃度為2.0％～3.0％。
8.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述海藻酸鈉水溶液的制備是將海藻酸鈉溶于去離子水中，進(jìn)行攪拌反應(yīng)至形成均勻的溶膠，然后在60℃真空下進(jìn)行脫泡處理而得；
9.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述Cu-Co-碳納米立方體與海藻酸鈉水溶液的質(zhì)量比為0.8～1.2:1.5～2.5；優(yōu)選為1:2；
10.一種權(quán)利要求2～9任一項(xiàng)所述的制備方法制備的雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠，其特征在于，所述海藻酸水凝膠包括海藻酸鈉骨架、分布在海藻酸鈉骨架上的cu-co-碳納米立方體和與海藻酸鈉骨架配位的fe3+。
2.一種如權(quán)利要求1所述的雙金屬碳納米立方體摻雜的海藻酸水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述cu-co-zif的具體制備步驟為：向二甲基咪唑水溶液中加入混合有銅鹽和鈷鹽的水溶液，混合溶液進(jìn)行靜置反應(yīng)后即得；
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述銅鹽選自硝酸銅、硫酸銅和氯化銅中的一種或多種，所述鈷鹽選自硝酸鈷、硫酸鈷和氯化鈷中的一種或多種；優(yōu)選的，所述銅鹽為硝酸銅，所述鈷鹽為硝酸鈷。
5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述靜置時(shí)間為12～16h；優(yōu)選的，所述靜置反應(yīng)后的混合溶液通過離心得到cu-co-zif。
6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王兵兵，田飛，劉曉玄，夏延致，段敬鐘，龍曉靜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：青島大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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