一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用。
背景技术：
1、工业废水处理中，自由基猝灭是一个重要的过程。自由基是具有不成对电子的高度反应性分子或原子，它们在化学反应中起着关键的作用。在工业废水处理中，自由基猝灭是指通过加入适当的副反应试剂来中和或消除自由基的过程。这通常是通过添加一种称为抗氧化剂的物质来实现的。抗氧化剂能够捕获自由基并稳定它们，从而防止它们继续参与有害的化学反应。
2、二氧化铈(ceo2)作为一种过渡金属氧化物材料，以其可逆的ce3+与ce4+之间的转换和具有氧空位的晶体结构而受到广泛关注。尤其是二氧化铈纳米颗粒(ceo2-nps)，在自由基猝灭和生物抗氧化等领域有着广泛的应用。然而二氧化铈纳米颗粒在高温制备和应用中存在着团聚的现象，导致其比表面积较大程度下降，限制了其进一步的发展应用。诸多研究表明将其制备为负载型二氧化铈纳米颗粒材料可以有效提高颗粒的分散稳定性和比表面积。
3、细菌纤维素(bacterial cellulose，bc)是例如酯酸杆菌等细菌生产的具有生物亲和、可降解、可再生、机械和化学稳定性高、多孔结构赋予的高比表面积等优点，可以作为许多纳米材料的优良载体。并且，细菌纤维素表面有大量的羟基适合充当金属或金属氧化物颗粒的模板剂和封端剂，以制备多功能细菌纤维素杂化多功能材料。
技术实现思路
1、本发明要解决的问题是：本发明旨在解决二氧化铈分散性差，易团聚以及高温制备能耗高等问题。本发明通过在室温下通过纤维素表面羟基对ce3+的吸附，利用c6h12n4作为沉淀剂，并被空气氧化，将ce(oh)4稳定负载在细菌纤维素上，最后干燥得到二氧化铈/细菌纤维素复合材料，解决二氧化铈材料的分散性差、易团聚以及高温制备能耗高等问题。
2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，提供一种细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法，包括以下步骤：
3、步骤1：室温下，将细菌纤维素晶须超声分散于去离子水中，得到分散液1；
4、步骤2：向分散液1中加入ce(no3)2·6h2o并充分混合，得到分散液2；
5、步骤3：向分散液2中逐滴滴加c6h12n4溶液，并搅拌6-24h得到前驱体1；
6、步骤4：将前驱体1离心洗涤得到前驱体2；
7、步骤5：前驱体2于80℃下干燥24h，即得二氧化铈/细菌纤维素复合材料。
8、步骤6：对二氧化铈/细菌纤维素复合材料进行自由基猝灭率测试。
9、本发明采用上述技术方案的有益效果为：采用细菌纤维素作为纳米颗粒载体，ce(no3)2·6h2o作为铈源，c6h12n4作为沉淀剂，细菌纤维素表面羟基通过静电吸附将铈金属阳离子吸附，c6h12n4首先作为配体稳定体系中的铈金属阳离子，同时作为沉淀剂缓慢分解形成碱性微环境，将铈金属阳离子沉淀。得益于空气中氧气的缓慢氧化，使得ce3+转变为负载在细菌纤维素上的ce(oh)4，最后通过干燥，形成二氧化铈/细属阳离子吸附，c6h12n4首先作为配体稳定体系中的铈金属阳离子，同时作为沉淀剂缓慢分解形成碱性微环境，将铈金属阳离子沉淀。得益于空气中氧气的缓慢氧化，使得ce3+转变为负载在细菌纤维素上的ce(oh）4，最后通过干燥，形成二氧化铈/细菌纤维素复合材料。
10、优选的，步骤1中细菌纤维素晶须与水的质量比为1：16；所述溶剂为去离子水。
11、优选的，步骤2中加入ce(no3)2·6h2o与细菌纤维素的质量比为(1～8)：25。
12、优选的，步骤3c6h12n4溶液与分散液2体积比为1：1，所述溶剂为去离子水。
13、优选的，步骤4c6h12n4溶液中c6h12n4与水的质量比(1～6)：80。
14、优选的，步骤5中离心转速为6000-8200rpm，离心时问为5min；所述洗涤为去离子水洗涤3次。
15、优选的，步骤5中干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
16、本发明与现有技术相比，包括以下有益效果：
17、(1)通过细菌纤维素作为载体材料，调整ce(no3)2·6h2o与c6h12n4的添加量，成功得到了负载高分散二氧化铈纳米颗粒的二氧化铈/细菌纤维素复合材料；(2)低温合成避免了高温合成需要的高能耗，操作简单，易于实现工业化大批量制备；(3)制备的二氧化铈/细菌纤维素复合材料具有良好的自由基猝灭效果。
技术特征：
1.一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤1中细菌纤维素晶须与水的质量比为1：16；所述溶剂为去离子水。
3.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤2中加入ce(no3)2·6h2o与细菌纤维素的质量比为(1～8)：25。
4.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤3中c6h12n4溶液与分散液1体积比为1：1，所述溶剂为去离子水。
5.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤3中c6h12n4溶液中c6h12n4与水的质量比(1～6)：80。
6.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤4中离心转速为6000-8000rpm，离心时间为5min；所述洗涤为去离子水洗涤3次。
7.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤5中干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
8.如权利要求1所述的一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用，其特征在于：所述步骤6中使用fenton体系产生自由基，其中硫酸亚铁和过氧化氢的浓度分别0.6mm和1.0mm；将二氧化铈/细菌纤维素复合材料引入fenton体系，以罗丹明b作为显色剂，并通过紫外-可见光谱法对罗丹明b的浓度进行定量分析以检测自由基浓度。
技术总结
本发明公开了一种利用细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法及其自由基猝灭应用。细菌纤维素低温原位负载二氧化铈的方法，包括以下步骤：(1)室温下，将细菌纤维素分散于溶剂中，得到分散液1；(2)向分散液1加入Ce(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;D混合，得到分散液2；(3)向分散液2加入C<subgt;6</subgt;H<subgt;12</subgt;N<subgt;4</subgt;溶液，搅拌得到前驱体1；(4)将前驱体1离心洗涤得到前驱体2；(5)将前驱体2干燥，得二氧化铈/细菌纤维素复合材料。本发明利用细菌纤维素作为载体材料，在室温低能耗条件下获得均匀分布在细菌纤维素三维网络上的尺寸小、分散性高的二氧化铈纳米颗粒。Fenton体系测试显示，该复合材料具有良好的的自由基猝灭效果，表明对消除工业废水中自由基等方面有着巨大的潜在应用。
技术研发人员：李文萍,邢世俊,杨加志
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5