【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及吸附材料，尤其涉及一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着全球工业化的进步，重金属越来越多地用于工业生产，经过开采和冶炼，许多重金属矿物被广泛用于工业过程，如金属表面处理，电子元件加工，设备制造，印染，这些程序总是导致产生含有大量包括fe3+在内的重金属离子的工业废水，这些废水的大量排放量日益增加，对我们的生存和发展构成了严重威胁，成为经济和社会健康可持续发展的重大障碍，重金属水污染的治理是目前急需解决的重大环境问题。
2、铁是人体健康的重要微量元素，对多种生物学功能至关重要，包括dna和rna合成、酶催化、细胞代谢和电子传递活动，因此，fe3+对大多数物种至关重要，由于其各种功能，无论是有利的还是有害的，fe3+检测都是至关重要的，活性炭，离子交换树脂，生物炭，聚合物刷，生物吸附剂和水凝胶已被创建用于修复由重金属离子引起的水污染。
3、水凝胶的交联三维（3d）网络结构使它们能够吸收大量的水，同时保持其原始结构，由于水凝胶基质表面存在亲水活性基团，用于收集水中的重金属离子，因此废水中的重金属离子可以静电附着，与水凝胶氢键合或螯合；水凝胶也可以很容易地从废水中分离出来，因为它是不溶的并保持其在水中的稳定性，防止随后的污染；由于这些特性，水凝胶作为一种全新的金属离子吸附剂引起了广泛的关注。
4、现有技术中，chirag开发了一种具有成本效益且环保的sf/pei水凝胶，包括丝素蛋白（sf）和聚乙烯亚胺（pei），用于处理水溶液中的金属离子，sf
技术实现思路
1、基于上述技术问题，本专利技术提供一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶，以沙柳为原料制备了蓝色荧光碳量子点，将其掺杂到沙柳微晶纤维素水凝胶内部，成功合成了具有综合检测和吸附性能的复合水凝胶，具体如下：
2、一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶，包括n掺杂碳量子点和沙柳微晶纤维素；
3、所述n掺杂碳量子点为沙柳粉末、乙二胺和水经高温水热合成的蓝色荧光碳量子点；
4、所述沙柳微晶纤维素为沙柳粉末去除木质素半纤维素后得到的产物；
5、将沙柳微晶纤维素制备成水凝胶后浸渍在n掺杂碳量子点溶液中，通过酰胺化反应将n掺杂碳量子点接枝到沙柳微晶纤维素水凝胶的分子链上面，得到n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶。
6、碳量子点是荧光零维碳纳米材料，它们具有环境友好、低生物毒性和许多活性位点的优点。许多重金属离子可以特异性地淬灭碳量子点的荧光发射，这是由于表面官能团与碳量子点的核心之间的复杂形成和电子传输，类似于石墨，碳量子点的这些特性意味着它们能够捕获水中的重金属离子。
7、另一方面，本专利技术提供了n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
8、s1、n掺杂碳量子点的制备：将平茬复壮的沙柳杆粉碎后为原料，粉碎形成沙柳粉末，取1-3 g沙柳粉末、0.4-0.6 ml乙二胺与55-65 ml水，形成沙柳混合溶液，将沙柳混合溶液于170-190oc下反应后，将得到的溶液经离心、过滤、冷冻干燥，获得n掺杂碳量子点；
9、s2、沙柳微晶纤维素水凝胶的制备：
10、s21、称取8-12 g沙柳粉末放置在1 l三颈烧瓶中，以1:50-70 g/ml在蒸馏水中70-90oc加热0.5-1.5 h，取出后清洗至中性，过滤，在90-120oc烘箱中干燥至恒重；
11、s22、将s21制备的样品加入到7-8 wt %亚氯酸钠溶液中，调整ph=3-4，在70-80oc下反应2.5-3.5 h，取出清洗至中性后于55-65oc干燥至恒重；
12、s23、再将s22制备的样品置于8-12 wt %的氢氧化钾溶液中，70-80oc磁搅拌反应1.5-2.5 h，取出清洗至中性，在55-65oc干燥至恒重，加入7-9 wt % 盐酸溶液，于85-95oc下搅拌80-100 min，取出清洗至中性，55-65oc干燥至恒重，得到沙柳微晶纤维素；
13、s24、取质量比为3.5-4.5 %的沙柳微晶纤维素，与氢氧化钠：尿素：蒸馏水按6-8：10-14：75-85的比例共混在烧杯中，预冷冻后取出再解冻，加入8-10 %环氧氯丙烷交联剂，转移至20 ml西林瓶中旋转在50-60oc烘箱中反应1.5-2.5 h后，用蒸馏水浸泡40-55 h至中性，冷冻干燥40-55 h，得到沙柳微晶纤维素水凝胶；
14、s3、n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备：
15、取干燥后的n掺杂碳量子点0.4-0.6 g溶于400-600 ml蒸馏水中得到1 g/l的n掺杂碳量子点溶液，取体积的1-2cm×1-2cm×1-2cm沙柳微晶纤维素水凝胶放置于1 g/l的n掺杂碳量子点溶液中，放置10-20 h，取出后用蒸馏水清洗干净，冷冻干燥24-36 h，得到n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶。
16、而且，所述步骤s1中，所述沙柳粉末的粒径为过80-200目筛，将沙柳混合溶液于170-190oc下反应10-14 h，将得到的溶液在1000 rpm离心机中高速离心8-12 min；采用0.22 μm水系滤头过滤；在冷冻干燥机冷冻干燥40-55 h。
17、而且，所述步骤s22中使用冰醋酸调整ph。
18、而且，所述步骤s24中，零下15-25oc预冷冻25-35 min，20-30oc下解冻25-35 min。
19、而且，所述清洗至中性的方法为：先用蒸馏水除去未反应的化学试剂，之后再用无水乙醇清洗以除去前面操作中残留的蒸馏水。
20、另一方面，本专利技术还提供了n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶吸附重金属离子的应用。
21、而且，所述金属离子为fe3+。
22、而且，吸附fe3+浓度为1500-1600 mg/g、温度为43-47oc、ph为2-3、吸附时间为60-100 min。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
24、1、现有技术中微晶纤维素的生产主要以棉短绒、麻、竹等天然纤维素为原料，但由于资源短缺且成本较高，极大地限制了其规模化生产；本专利技术选用的原材料为沙柳，具有来源天然、储量大、价格低廉等特点，具有空间三维聚合物网络结构，为富含多尺度多孔结构和大量羟基、羧基等官能团的天然可再生高分子材料，将其作为吸附材料用于重金属废水处理中，是取之于自然，回归于自然的过程，适用于规本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶，其特征在于，包括N掺杂碳量子点和沙柳微晶纤维素；
2.一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述沙柳粉末的粒径为过80-200目筛，将沙柳混合溶液于170-190 oC下反应10-14 h，将得到的溶液在1000 rpm离心机中高速离心8-12 min；采用0.22 μm水系滤头过滤；在冷冻干燥机冷冻干燥40-55 h。
4.如权利要求2所述的一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S22中使用冰醋酸调整pH。
5.如权利要求2所述的一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S24中，零下15-25 oC预冷冻25-35 min，20-30 oC下解冻25-35 min。
6.如权利要求2所述的一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述
7.一种N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶吸附重金属离子的应用。
8.如权利要求7所述的N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶吸附重金属离子的应用，其特征在于，所述金属离子为Fe3+。
9.如权利要求8所述的N掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶吸附重金属离子的应用，其特征在于，吸附Fe3+浓度为1500-1600 mg/g、温度为43-47oC、pH值为2-3、吸附时间为60-100 min。
...【技术特征摘要】
1.一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶，其特征在于，包括n掺杂碳量子点和沙柳微晶纤维素；
2.一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述沙柳粉末的粒径为过80-200目筛，将沙柳混合溶液于170-190 oc下反应10-14 h，将得到的溶液在1000 rpm离心机中高速离心8-12 min；采用0.22 μm水系滤头过滤；在冷冻干燥机冷冻干燥40-55 h。
4.如权利要求2所述的一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤s22中使用冰醋酸调整ph。
5.如权利要求2所述的一种n掺杂碳量子点复合沙柳微晶纤维素水凝胶的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓涛，王博赟，王喜明，钟源，刘哲辰，陈龙，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：
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