改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用制造技术

本发明专利技术属于环境治理领域，具体涉及改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用。所述的改性铁基功能材料以六水合氯化铁、乙二醇、无水乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基硫酸钠为原料，再经紫外线接种微生物制备而成，将改性铁基功能材料置于含重污染物的水溶液中，调节pH为3～6，置于温度为25℃、转速为170℃的恒温振荡器中振荡3～50min。本发明专利技术利用微生物改性铁基功能材料，能够改善吸附材料的孔结构，并且蚀刻不完全反应的中间体，降低结构缺陷，使其成为电荷陷阱位点，同时具有强磁性的特点，使用黑曲霉、白色念珠菌、嗜热脂肪芽孢杆菌刻蚀材料，从而提高了对重金属吸附去除的效率。

Application of modified iron-based functional materials in remediation of heavy metal pollution

【技术实现步骤摘要】
改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用
本专利技术属于环境治理领域，具体涉及改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用。
技术介绍
重金属废水具有来源广泛、处理困难的特点，始终是水处理领域的难点问题。为了减少重金属污染的危害，国内外对重金属废水的处理已有大量研究，目前，重金属废水的处理方法主要有络合法、加碱沉淀法、氧化还原法、离子交换法、吸附法等，在众多处理方法中，吸附法具有高效，节能，可循环利用等特点，被人们广泛应用于废水处理中，在吸附法的应用中，吸附剂的选择尤为重要，目前，已有一些材料可用于去除水中不同的重金属离子的研究，例如松树皮(如中国专利CN105642252A公开的一种污水重金属离子吸附剂及其制备方法)、粉煤灰(如中国专利CN1194238A公开的工业废水重金属去除方法)、赤泥(如中国专利CN102234167A公开的一种污水处理厂污泥中磷和重金属的固稳方法)等，但这些吸附剂具有吸附稳定性低、吸附率低、制备工艺复杂和不易再生等特点。中国专利CN105056890A公开的一种磁性纳米盘以及利用其进行重金属污水处理的方法，将制备的磁性纳米盘进行表面氨基修饰，提高重金属离子的吸附能力，因此磁性纳米功能材料因其独特的顺磁性、良好的生物相容性、较高的吸附能力、可回收利用等优势，成为目前国内外最具吸引力的吸附材料之一。
技术实现思路
为解决废水中重金属铜、镉离子因持久性、隐蔽性、毒性大、不能被微生物降解的问题，本专利技术提供一种改性铁基功能材料在修复重金属污染中的应用。为达到上述目的，本专利技术采用以下方案：改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，所述的应用具体为吸附重金属污染水中的Cu2+和Cd2+；所述的改性铁基功能材料以六水合氯化铁、乙二醇、无水乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基硫酸钠为原料反应制得铁基功能材料，再接种微生物制备而成。进一步地，所述改性铁基功能材料吸附Cu2+和Cd2+的具体步骤为：将改性铁基功能材料置于含重污染物的水溶液中，调节pH为3～6，置于温度为25℃、转速为170℃的恒温振荡器中振荡3～50min。进一步地，所述pH为5.38，所述振荡的时间为30min。进一步地，所述改性铁基功能材料的制备过程如下：步骤A.取六水合氯化铁于烧杯中，加入乙二醇，搅拌30～40min后加入无水乙酸钠、二乙烯三胺、十二烷基硫酸钠，搅拌至完全溶解，转入含聚四氟乙烯内衬的自压反应釜中，密封后180～220℃恒温反应1.8～2.2h，冷却至室温，经洗涤离心干燥后得铁基功能材料；步骤B.取蛋白胨、铁基功能材料混合，加水灭菌后接种微生物，再经恒温振荡，取沉淀物干燥并高温灼烧，得改性铁基功能材料。进一步地，所述步骤A中十二烷基硫酸钠、无水乙酸钠、六水合氯化铁的质量比为5：40：17，所述乙二醇：二乙烯三胺的体积比为8～10：1。进一步地，所述步骤A中洗涤为采用去离子水和无水乙醇交替洗涤，去离子水：无水乙醇比例为2～3：5～7。进一步地，所述步骤A中离心为在4000r/min离心5min，干燥温度为60℃～70℃。进一步地，所述步骤B中微生物为黑曲霉、白色念珠菌或嗜热脂肪芽孢杆菌，所述铁基功能材料与微生物饱和溶液的比值为125g：1mL。铁基功能材料：蛋白胨：水为1g：1g：100mL，灭菌温度为121℃，灭菌时间为30min。进一步地，所述步骤B中振荡的条件为170r/min的转速下，37℃振荡2～6天。干燥温度为75～85℃，高温灼烧的过程为：将烘干的沉淀物置于坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至550℃灼烧3～5h。将制备好的铁基功能材料和改性铁基功能材料进行检测，扫描电镜(SEM)记录了磁性微球的形貌，揭示样品的表面形貌；XRD的结果表明了合成材料的相和化学成分。根据标准卡(JCPDS39号-1346)，峰值强度和宽度从XRD形象代表了一个清晰的峰值，为磁性材料的晶体结构；BET结果显示：显著的滞后环表明存在介孔结构，相同条件下细菌刻蚀与非细菌刻蚀样品均呈现典型的LangmuirIV曲线，说明所得到的细菌刻蚀材料为介孔材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术使用十二烷基硫酸钠、无水乙酸钠、六水合氯化铁、乙二醇和二乙烯三胺制备铁基功能材料，再利用黑曲霉、白色念珠菌、嗜热脂肪芽孢杆菌改性铁基功能材料，微生物在环境中广泛分布，易于培养，生长繁殖速度快，减少了化学药品的消耗，环保、生产成本低可用于批量生产。且微生物能够改善吸附材料的孔结构，并且蚀刻不完全反应的中间体，降低结构缺陷，使其成为电荷陷阱位点，同时改性铁基功能材料具有强磁性的特点，从而提高了对重金属吸附去除的效率，对铜离子和镉离子的最高吸附率超过99％，甚至达到100％，可广泛应用。附图说明图1为实施例1制备的铁基功能材料的扫描电镜图；图2为实施例1制备的铁基功能材料的氮气吸附-脱附曲线；图3为实施例1制备的铁基功能材料的孔径分布曲线；图4为实施例1制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图5为实施例2制备的铁基功能材料的扫描电镜图；图6为实施例2制备的铁基功能材料的氮气吸附-脱附曲线；图7为实施例2制备的铁基功能材料的孔径分布曲线；图8为实施例1与实施例2制备的铁基功能材料的XRD对比图；图9为实施例1与实施例2制备的铁基功能材料的FT-IR谱图；图10为实施例2制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图11为实施例3制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图12为实施例7制备的铁基功能材料的扫描电镜图；图13为实施例7制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图14为实施8例制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图15为实施例9制备的改性铁基功能材料的扫描电镜图；图16为实施例10制备的铁基功能材料的氮气吸脱附图；图17为实施例10制备的铁基功能材料的孔径分布图；图18为实施例10制备的铁基功能材料的孔隙体积图；图19为实施例10制备的铁基功能材料的XRD图；图20为实施例10制备的改性铁基功能材料吸附容量与pH关系图；图21为实施例11制备的改性铁基功能材料吸附容量与投加量关系图；图22为实施例12制备的改性铁基功能材料吸附容量与振荡时间关系图；图23为实施例13制备的改性铁基功能材料吸附容量与重金属浓度的关系图具体实施方式实施例1取六水合氯化铁10.8g、乙二醇320ml，室温下磁力搅拌30min，加入无水乙酸钠16g、二乙烯三胺40ml、十二烷基硫酸钠2g，搅拌至完全溶解、转入含聚四氟乙烯内衬的自压反应釜中，密封后在160℃的恒温烘箱中反应2h后取出，自然冷却至室温。经去离子水和无水乙醇洗涤，在4000r/min离心5min，取沉淀物于60℃恒温箱中干燥得到所述铁基功能材料，图1为本实施例制备的铁基功能材料的扫描电镜图：铁基功能材料晶粒分布均匀，表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，其特征在于，所述的应用具体为吸附重金属污染水中的Cu

【技术特征摘要】
1.改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，其特征在于，所述的应用具体为吸附重金属污染水中的Cu2+和Cd2+；所述的改性铁基功能材料以六水合氯化铁、乙二醇、无水乙酸钠、二乙烯三胺和十二烷基硫酸钠为原料反应制得铁基功能材料，再接种微生物制备而成。


2.根据权利要求1所述的改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，其特征在于，所述改性铁基功能材料吸附Cu2+和Cd2+的具体步骤为：将改性铁基功能材料置于含重污染物的水溶液中，调节pH为3～6，置于温度为25℃、转速为170℃的恒温振荡器中振荡3～50min。


3.根据权利要求2所述的改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，其特征在于，所述pH为5.38，所述振荡的时间为30min。


4.根据权利要求1所述的改性铁基功能材料在重金属污染修复中的应用，其特征在于，所述改性铁基功能材料的制备过程如下：取六水合氯化铁于烧杯中，加入乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成丽，钱静，雷雨辰，马建华，康诗飞，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41