本發(fā)明涉及環(huán)保水處理和3d打印，具體涉及一種3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、水體污染，尤其是由磷引起的污染，已成為一個(gè)與人類健康和生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)的重要環(huán)境問(wèn)題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含磷農(nóng)藥的不合理使用，以及日常生活中大量使用含磷洗滌劑，都是導(dǎo)致含磷廢水的重要來(lái)源。這類污染不僅促進(jìn)水體富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重影響漁業(yè)的發(fā)展，還可能破壞生態(tài)平衡，導(dǎo)致食物鏈的失調(diào)，最終威脅到人類的生存環(huán)境。因此，開(kāi)發(fā)有效的水中磷深度凈化技術(shù)，對(duì)于維護(hù)生態(tài)安全和人類健康具有重要意義。
2、目前，含磷廢水的處理方法主要包括化學(xué)沉淀法、生物法和吸附法?；瘜W(xué)沉淀法操作簡(jiǎn)單且處理效率高，但其成本較高，并且容易產(chǎn)生二次污染。生物法則對(duì)反應(yīng)條件要求較苛刻，更適合處理中低濃度的含磷廢水，且其反應(yīng)速度較慢。相比之下，吸附法利用多孔且具有較大比表面積的吸附劑來(lái)去除廢水中的磷，具有處理效果穩(wěn)定、工藝簡(jiǎn)單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)理想的吸附劑成為當(dāng)前含磷廢水治理的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。近期研究表明，納米氧化鐵（fe2o3）對(duì)無(wú)機(jī)磷表現(xiàn)出極強(qiáng)的作用力，且吸附速率快，具有高效除磷的優(yōu)勢(shì)，使其成為吸附法中一種非常有前景的材料。
3、近年來(lái)，功能蛋白材料在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用，特別是牛血清蛋白和溶菌酶蛋白。這些蛋白質(zhì)通過(guò)簡(jiǎn)單的熱處理能夠形成纖維狀的超長(zhǎng)柔性結(jié)構(gòu)，稱為淀粉樣纖維結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的表面富含多氨基組分，使其能夠與多種離子形成強(qiáng)相互作用，從而在水處理領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。
4、研究表明，這些功能蛋白材料與鐵具有良好的配位能力，尤其是其雙硫結(jié)構(gòu)使得材料能夠形成荷電界面。這一特性促進(jìn)了亞10?nm活性氧化鐵的生成，顯著提升了該材料對(duì)水中磷離子的凈化能力和去除容量。將功能蛋白與鐵結(jié)合形成的復(fù)合材料，不僅提高了水中磷的去除效率，還具備良好的再生能力，能夠在多次使用后保持較高的處理性能。
5、隨著材料科學(xué)的發(fā)展，3d打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于環(huán)境治理領(lǐng)域，特別是在新材料的設(shè)計(jì)和制備方面展現(xiàn)出巨大潛力。3d打印能夠根據(jù)具體需求精準(zhǔn)設(shè)計(jì)材料的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積，顯著提升材料的物理化學(xué)性質(zhì)，從而增強(qiáng)其對(duì)特定污染物的去除能力。
6、因此，開(kāi)發(fā)一種基于3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料，以深度去除水中磷，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，將為水體治理提供新的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提出一種3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，旨在克服傳統(tǒng)磷去除材料在粒徑控制、分散穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)定制化方面的不足。該方法可制備出具有高比表面積、精細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)和良好分散性的功能蛋白負(fù)載氧化鐵復(fù)合材料，從而在深度除磷、環(huán)境催化和磁性分離等應(yīng)用中表現(xiàn)出卓越的性能，尤其適用于高效去除含磷廢水中的低濃度磷。
2、一種3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3、步驟（1）氧化鐵-功能蛋白復(fù)合顆粒的原位生成：將功能蛋白預(yù)處理為纖維狀淀粉樣結(jié)構(gòu)；將鐵鹽溶液與功能蛋白預(yù)處理后的材料混合，在105℃至115℃的高溫高壓環(huán)境下反應(yīng)3至5小時(shí)，使粒徑小于10納米的氧化鐵納米顆粒均勻分布在功能蛋白纖維基質(zhì)表面，得到功能蛋白負(fù)載氧化鐵納米顆粒；
4、步驟（2）3d打印成型與熱處理：將上述功能蛋白負(fù)載氧化鐵納米顆粒分散于穩(wěn)定分散液中，通過(guò)3d打印設(shè)備形成具有可控孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；對(duì)打印后的復(fù)合材料進(jìn)行真空干燥和熱處理，以增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。
5、一種利用本發(fā)明的3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的應(yīng)用，對(duì)含磷廢水進(jìn)行處理。
6、本發(fā)明提供了一種3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，較之現(xiàn)有工藝，具有如下明顯優(yōu)勢(shì)：
7、精確控制納米結(jié)構(gòu)與宏觀形態(tài)：本發(fā)明通過(guò)溶劑熱法原位生成亞10?nm氧化鐵-功能蛋白復(fù)合顆粒，并結(jié)合3d打印技術(shù)精確構(gòu)建材料的宏觀形態(tài)，既實(shí)現(xiàn)了氧化鐵顆粒的均勻分布與尺寸控制，又能根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建多孔、復(fù)雜的3d結(jié)構(gòu)，有利于提升吸附和催化性能。
8、優(yōu)越的磷吸附性能：復(fù)合材料通過(guò)功能蛋白的多氨基位點(diǎn)及氧化鐵的高反應(yīng)活性，在高比表面積的支持下對(duì)磷離子表現(xiàn)出強(qiáng)吸附力和去除效率，適用于廢水深度除磷。相比于傳統(tǒng)吸附劑，材料在多次使用后仍能保持高效去除率，大大降低了水處理過(guò)程中的更換頻率和成本。
9、綠色環(huán)保且低成本：本發(fā)明采用無(wú)毒、環(huán)保的功能蛋白與鐵鹽原料，制備工藝避免了高溫及劇毒化學(xué)品的使用，符合綠色制造標(biāo)準(zhǔn)。3d打印技術(shù)使得材料制備過(guò)程簡(jiǎn)單高效，能耗低、成本優(yōu)勢(shì)明顯，適合工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，滿足環(huán)保應(yīng)用需求。
10、廣泛的環(huán)境治理應(yīng)用潛力：本發(fā)明的氧化鐵-功能蛋白復(fù)合材料不僅在廢水磷去除方面表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)具備在磁性分離、污染物降解及能源材料（如電池和超級(jí)電容器）中的應(yīng)用潛力，為廢水處理、土壤修復(fù)、清潔能源等提供了可行的綠色解決方案。
11、優(yōu)異的再生與重復(fù)使用性能：材料在多次循環(huán)再生后保持90%以上的吸附效率和結(jié)構(gòu)完整性，具備高穩(wěn)定性與抗流失特性，有效降低了廢水處理的長(zhǎng)期使用成本。氧化鐵顆粒的良好分散性與功能蛋白的穩(wěn)定性，賦予材料在重復(fù)使用中的持續(xù)高效表現(xiàn)，特別適合長(zhǎng)效環(huán)境凈化需求。
1.一種3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中使用的鐵鹽為fe(no3)3·9h2o，溶解于乙二醇或去離子水中，溶液濃度為0.5至1.25?m，優(yōu)選濃度范圍為0.75至1.0m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中的分散液濃度為5%至15%，并添加占氧化鐵質(zhì)量1%至10%的分散助劑以增強(qiáng)顆粒的均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，分散助劑為聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮，分散助劑占氧化鐵質(zhì)量的3%至5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中的3d打印參數(shù)包括曝光時(shí)間為1至10秒，層厚為0.01至0.1?mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中的熱處理溫度為100℃至130℃，處理時(shí)小于2小時(shí)。
7.一種利用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的3d打印功能蛋白納米復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，對(duì)含磷廢水進(jìn)行處理。