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技术

本发明专利技术属于水处理领域，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。本发明专利技术制备方法操作简单、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。降低环境污染。降低环境污染。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于水处理领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]本专利技术通过将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。

技术实现思路

[0005]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，本专利技术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。
[0006]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。
[0007]另外，本专利技术还提供了多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的制备方法。
[0008]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：
[0009](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；
[0010](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；
[0011](3)配置一定浓度的3D氧化锌和活性炭的混合溶液；
[0012](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；
[0013](5)配置一定浓度的氯化钙溶液；
[0014](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。
[0015]其中，
[0016]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。
[0017]步骤(1)中所述一步水热法反应在120℃下加热8～12h。
[0018]步骤(2)中所述干燥时间是12～24h。
[0019]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％。
[0020]步骤(4)中所述溶液为含有1％～2.5％w/v海藻酸钠混合溶液，超声搅拌10min～30min。
[0021]步骤(5)中所述氯化钙溶液浓度为0.3mol/L。
[0022]步骤(6)中所述将步骤(4)得到的混合溶液均匀滴入氯化钙溶液中，液滴流速为1～5mL/min，静置时间为2h～12h。
[0023]另外，本专利技术还提供多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球在去除水中耐药菌和耐药基因的应用。
[0024]总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于海藻酸钙凝胶球包覆3D氧化锌和活性炭，利用海藻酸钠价格低廉、环境友好和方法简易等特性制备的除菌凝胶材料不仅能降低处理成本，且无有毒副产物生成。另外，海藻酸钠凝胶球一方面有利于活性炭吸附剂的固定，同时提高了对污染物的吸附作用，另一方面对于包埋的3D氧化锌也有一定的缓释作用，使得锌离子的释放控制在一定浓度范围内，大大降低了锌离子溶解所带来的危害。
[0025]本专利技术以CaCl2为交联剂采用浸渍法制备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，具有以下优势：
[0026](1)利用Ca
2+
与海藻酸钠(SA)离子交联制备新型活性炭除菌凝胶可获得良好的吸附效果：一方面海藻酸钠含有大量基团、丰富的空隙和较大的比表面积，使其本身能够通过静电吸引作用或络合作用达到吸附效果；另一方面，活性炭互穿的海藻酸钙凝胶球具有更显著的吸附效果，且所制备的材料呈宏观球体，易于从水相中分离，适合在实际连续流柱实验中使用。
[0027](2)通过添加活性炭颗粒可提高凝胶球的机械性能，使材料不易变形便于运输储存。
[0028](3)通过天然载体包覆3D氧化锌，赋予凝胶材料对耐药菌的损伤作用，氧化锌颗粒可通过释放ROS、Zn
2+
和与细胞膜直接接触使耐药菌失活，凝胶球不仅可以通过3D氧化锌的控释、缓释提高金属材料的利用率，而且能大大降低锌离子在水中的浸出毒性，具有无毒无刺激，易于分离重复利用等优点。
[0029](4)本专利技术制备方法操作简单、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。
附图说明
[0030]图1为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的形貌特征。
[0031]图2为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的XRD图谱。
[0032]图3为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的FTIR图谱。
[0033]图4为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的SEM图片。
[0034]图5为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的锌离子浸出分析。
[0035]图6为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球对耐药菌的去除效果。
[0036]图7为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球对耐药基因的去除效果。
[0037]图8为多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球实际应用流程图。
具体实施方式
[0038]下面对本专利技术做深入的详细说明，保证本领域技术人员参照说明能够据以实施。
[0039]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/活性炭凝胶球的制备方法，包括以下步骤：
[0040]实施例1
[0041]将二水合醋酸锌、柠檬酸钠溶于去离子水中，搅拌至澄清的水溶液。然后向上述制备的水溶液中加入浓度为4.0mol/L的NaOH溶液，剧烈搅拌。混合物转移到聚四氟乙烯衬里高压釜，在120℃下加热8h。冷却到室温后，离心分离白本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球，其特征在于，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。2.权利要求1所述多孔互穿3D氧化锌/活性炭凝胶球的制备方法，其特征在于，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)配置3D氧化锌和活性炭的混合溶液；(3)将海藻酸钠加入步骤(2)得到的混合溶液中，超声搅拌使其充分混合；(4)配置氯化钙溶液；(5)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。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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均为31.25mmol/L，加入的氢氧化钠溶液浓度为4.0mol/L。4.根据权利要求2所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红，刘喆，林泽俊，帅馨怡，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：