本发明涉及水处理，具体为一种抑菌纳米复合水凝胶及其制备方法。
背景技术：
1、随着工业化进程的加快，水体污染问题日益严重，尤其是重金属离子、有机污染物和病原微生物对水环境的危害，已成为全球环境保护领域亟待解决的难题。传统的水处理方法，如化学沉淀、吸附、膜分离和生物处理等，尽管在一定程度上能够去除某些特定污染物，但普遍存在一些限制。例如，化学沉淀法容易产生二次污染物；吸附材料的选择性较低，容易饱和且难以再生；膜分离技术虽然有效，但成本高昂且易受膜污染影响，导致长期使用的经济性较差；生物处理方法虽然环境友好，但在处理复杂水体时效率有限且受到操作条件的严格限制。
2、现有技术中，水凝胶因其具有良好的吸附性能和可调控的结构，逐渐受到关注。然而，常规水凝胶在实际应用中仍存在明显的缺陷，包括机械性能差、易溶胀失效、再生性差等问题。这些缺陷限制了水凝胶在处理多种复杂污染物中的应用效率和寿命。特别是在面临含有重金属、有机污染物及微生物的复杂水体时，现有水凝胶往往难以同时兼顾高效吸附和长期稳定性。此外，传统水凝胶的结构单一，功能化程度不足，导致其在多污染物共存的情况下表现不佳，不能有效区分和处理不同类型的污染物。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种抑菌纳米复合水凝胶及其制备方法，现有水处理材料在复杂污染环境中存在的吸附选择性差、机械性能不佳和再生能力有限的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种抑菌纳米复合水凝胶，所述水凝胶包括以下重量百分比的组分：
3、聚合物基材30～60wt％，所述聚合物基材为聚噻吩、聚丙烯腈或其组合；
4、磁性纳米颗粒5～15wt％，所述磁性纳米颗粒为fe3o4；
5、交联剂0.5～5wt％；
6、表面修饰剂2～10wt％；
7、去离子水20～40wt％。
8、优选的，所述水凝胶具有核壳结构，所述核为fe3o4磁性纳米颗粒，所述壳为聚噻吩、聚丙烯腈或其组合的交联网络。
9、优选的，所述表面修饰剂选自含硫酸根官能团的化合物、含氨基官能团的化合物、含羧基官能团的化合物和含螯合能力的分子印迹聚合物中的一种或多种。
10、优选的，所述水凝胶的表面修饰剂通过化学反应与水凝胶表面结合。
11、优选的，所述水凝胶具有多层次孔隙结构，孔隙的平均直径为10～100纳米。
12、优选的，所述交联剂选自戊二醛、乙二醛、环氧氯丙烷、二异氰酸酯或硫酸铜。
13、本发明还提供一种抑菌纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
14、1)将聚噻吩或聚丙烯腈单体溶解于无水溶剂中，在氮气保护下，向溶液中加入交联剂，将混合物加热至60～80℃，搅拌反应12～24小时，得到含有高分子基材的溶液；
15、2)将fe3o4纳米颗粒加入所得溶液中，通过超声波处理10～30分钟进行分散；
16、3)将步骤2)所得的混合物置于模具中，在-20℃～-80℃条件下进行冷冻干燥48～72小时，随后在室温下进行温度梯度或化学交联，使水凝胶内部形成多层次孔隙结构；
17、4)将步骤3)所得的水凝胶在室温下浸泡于表面修饰剂溶液中，浓度为0.01～0.5mo l/l，反应6-12小时；
18、5)将步骤4)修饰后的水凝胶用去离子水反复洗涤，以去除未反应的修饰剂及残留物，然后在50～70℃条件下干燥，最终得到抑菌纳米复合水凝胶。
19、优选的，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，浓度为10-50wt％。
20、优选的，所述步骤4)修饰反应ph值控制在4-9。
21、本发明还提供所述的抑菌纳米复合水凝胶在水体净化中的应用，所述水凝胶用于去除水体中的重金属离子、有机污染物和有害微生物。
22、本发明提供了一种抑菌纳米复合水凝胶及其制备方法。具备以下有益效果：
23、1、本发明通过引入核壳结构和特定的表面修饰技术，显著提高了对重金属、有机染料以及微生物的去除效率。这种设计使得水凝胶不仅能通过物理吸附作用捕获污染物，还能通过化学作用如离子交换和络合反应，增强对特定污染物的选择性和吸附能力。这一特性尤其重要，因为它允许水凝胶在处理多种污染物的复杂水体时保持高效和专一性，从而提供一种更为全面和可靠的水体净化解决方案。
24、2、本发明通过精心设计的材料组合和结构配置，展示了出色的机械性能，包括较高的断裂强度和伸长率。这些特性意味着水凝胶能够在各种环境条件下维持其完整性和功能，避免在物理应力下破裂或解体，从而确保长期有效的使用。此外，良好的机械性能还允许这些水凝胶在复杂的工业应用中，如在流动水系统或需要频繁搬动和替换的场合中使用，显著提升其实用性和经济效益。
25、3、本发明的水凝胶设计考虑到了环境的可持续发展需求，通过易于再生和重复使用的材料特性降低了运营成本并减少了环境影响。水凝胶能够通过简单的化学或物理方法进行再生，恢复其吸附能力，从而多次循环使用。这种再生能力不仅减少了新材料的需求，也意味着在处理污染物时可以实现更高的物质和能量效率。
26、4、本发明的水凝胶因其优异的净化性能和安全的材料属性，在多个领域都有广泛的应用前景。它们不仅适用于工业废水处理和市政水体净化，还可以应用于农业排水管理和紧急环境响应，如应对突发的化学或生物污染事件。此外，这些水凝胶还可能被用于非水体的净化系统，如空气净化器和土壤修复项目，展示了其跨领域的技术扩展性。
1.一种抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶包括以下重量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶具有核壳结构，所述核为fe3o4磁性纳米颗粒，所述壳为聚噻吩、聚丙烯腈或其组合的交联网络。
3.根据权利要求1所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述表面修饰剂选自含硫酸根官能团的化合物、含氨基官能团的化合物、含羧基官能团的化合物和含螯合能力的分子印迹聚合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的表面修饰剂通过化学反应与水凝胶表面结合。
5.根据权利要求1所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶具有多层次孔隙结构，孔隙的平均直径为10～100纳米。
6.根据权利要求1所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，所述交联剂选自戊二醛、乙二醛、环氧氯丙烷、二异氰酸酯或硫酸铜。
7.一种抑菌纳米复合水凝胶的制备方法，制备如权利要求1-6任一项所述的抑菌纳米复合水凝胶，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，浓度为10-50wt％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)修饰反应ph值控制在4-9。
10.一种权利要求1-6任一项所述的抑菌纳米复合水凝胶在水体净化中的应用，其特征在于，所述水凝胶用于去除水体中的重金属离子、有机污染物和有害微生物。
