一种改性吸水珠纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种改性吸水珠纳米复合材料及其制备方法与应用，利用市面常见的吸水珠，通过单次或分步多次吸水膨胀和脱水收缩，在其内部通过原位合成的方法负载纳米FeS，将FeS固定在内部构成活性位点，原料廉价易得，制备方法简单。通过所述的制备方法得到的改性吸水珠纳米复合材料结构可控、粒径可控、负载后不易脱落，材料形状维持不变，强度大，不易破碎，便于使用。所述的改性吸水珠纳米复合材料吸水膨胀后内部空间增大，吸附去除重金属的效果明显，可以同时解决目前纳米材料不宜回收和易团聚的问题，在重金属治理领域中具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种改性吸水珠纳米复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于改性复合材料
，特别涉及一种改性吸水珠纳米复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着工农业生产的迅速发展，我国土壤重金属污染问题愈来愈突出(全国土壤污染状况调查公报，2014年4月17日)。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。其超出正常范围，直接危害人体健康，并导致环境质量恶化。对此，大多数专家认为我国土壤重金属污染已进入多发期，如不及时治理，未来将会引起更严重的问题(梁海燕等，2012；周建军等，2014)。吸水珠(聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯按比例混合制得)是一种可以储存水分、养分及微量元素并具有多种颜色的高吸水性载体，可用于种植植物和作为装饰品观赏。吸水珠吸水后内部空间相对较大，可以作为载体，负载或者填充纳米材料，来制备重金属吸附剂。其运用纳米材料的特殊性质，极小的粒径，极大的比表面积，极高的反应活性，利用氧化还原、吸附、共沉淀、絮凝等作用去除污水中重金属离子。纳米材料去除重金属，已取得了良好的效果，近年来发展迅速。纳米FeS，呈无定形态，粒径小，比表面积大，表面占有原子数量多，对重金属的处理效率高，但是纳米FeS极易聚集，活性降低，去除重金属效率降低。现有技术也尝试通过不同方法解决纳米颗粒团聚的问题，譬如专利CN103725290A中提到了用保水剂负载铁盐，通过强还原剂硼氢化钠还原的方式制备纳米零价铁，应用中零价铁与氧气反应生成高活性铁(氢)氧化物实现对重金属的吸附，此方法需要使用强还原剂硼氢化钠，成本高，反应复杂，纯粹依靠纳米颗粒吸附，位点有限。因此，寻求简单、成本低、效率高的方法来制备材料满足使用要求尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种改性吸水珠纳米复合材料的制备方法。本专利技术利用市售吸水珠(聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯按比例混合)，让其单次或分步多次吸水膨胀和脱水收缩，在其内部通过原位合成的方法负载纳米FeS，冻干后其空间网络结构阻止了纳米FeS的聚集和脱落，内部厌氧环境也阻止了纳米FeS的氧化，将其固定在内部构成活性位点。本专利技术的另一目的在于提供一种改性吸水珠纳米复合材料。本专利技术的又一目的在于提供所述的改性吸水珠纳米复合材料的应用。所述的材料吸水膨胀后内部空间增大，纳米FeS遇到水体中的重金属会发生沉淀和共沉淀反应或者氧化还原反应，可持续发挥作用吸附去除重金属，并为重金属提供载体，使重金属不断富集于吸水珠内部，方便回收处理。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在厌氧或者无氧环境下，将吸水珠在二价铁盐溶液中浸泡，不断搅拌，然后用水冲洗吸水珠，冰冻后，冷冻干燥；(2)在厌氧或者无氧环境下，将(1)得到吸水珠放进硫化钠溶液中浸泡，不断搅拌，再用水冲洗，冰冻后，冷冻干燥，即可得到所述的改性吸水珠纳米复合材料。所述的吸水珠为市面上常见的吸水珠，一般为聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯按比例混合制得。所述的改性吸水珠纳米复合材料的制备方法还可以重复所述的步骤(1)和步骤(2)，通过分步多次吸水膨胀和脱水收缩，以进一步增大材料的负载量；所述的重复次数优选为1～3次，重复过多，吸水珠强度降低或者破碎。步骤(1)中所述的二价铁盐溶液的铁离子浓度优选为0.2～1mol/L。步骤(1)中所述的吸水珠与二价铁盐溶液的配比优选为每5～20g吸水珠配比二价铁离子浓度为0.2～1mol/L的二价铁盐溶液。步骤(1)中所述的二价铁盐优选为氯化亚铁、硫酸亚铁等含亚铁化合物的一种或者几种的混合。步骤(1)中所述的浸泡的时间优选为6～12h。步骤(1)中所述的冰冻温度为-10～-20℃，冰冻时间为2～12h。步骤(1)中所述的冷冻干燥的时间优选为12～24h。步骤(2)中所述的硫化钠溶液的浓度优选为0.2～1mol/L。步骤(2)中所述的浸泡的时间优选为12～24h；所述的冷冻干燥的时间优选为12～24h。步骤(2)中所述的冰冻温度为-10～-20℃，冰冻时间为2～12h。步骤(1)、(2)中需维持厌氧或者无氧环境，以便于纳米FeS的原位合成；优选通入惰性气体维持所述的厌氧或者无氧环境；所述的惰性气体优选为氮气。具体操作为：全程在反应溶液中通入惰性气体维持所述的厌氧或者无氧环境。步骤(1)、步骤(2)中所述的水优选为去离子水、蒸馏水或超纯水。步骤(1)、步骤(2)中所述的水优选进行如下预处理：在水中通氮气至少10分钟，以除去里面的氧气。一种改性吸水珠纳米复合材料，通过所述的制备方法制得。所述的改性吸水珠纳米复合材料在去除重金属领域中的应用；优选为去除水中的重金属。所述的改性吸水珠纳米复合材料可以吸附水中的重金属，尤其是水中的镉和/或铬。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术的原料为市面上已有的吸水珠进行改性，工艺成熟、来源丰富、廉价。(2)本专利技术的制备方法简单，原料可反复多次利用。(3)吸水珠吸水性好，强度大，不易破碎，可以稳定得负载大量FeS纳米颗粒；同时，本专利技术创新利用结构稳定的吸水珠成品作为负载载体，结构可控、粒径可控、负载后不易脱落，维持不变的形状，便于使用。(4)本专利技术将纳米FeS负载到吸水珠中，所制得的改性吸水珠纳米复合材料吸附去除重金属的效果明显，可以同时解决目前纳米材料不宜回收和易团聚的问题，从而达到吸附剂的使用要求。(5)本专利技术的改性吸水珠纳米复合材料吸附Cd的机理主要是离子交换，生成CdS沉淀，其溶度积很小，较其他吸附更稳定，更安全高效；同时，S2-具有很强还原性，容易把Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。附图说明图1是实施例1所得的改性吸水珠纳米复合材料的实物图。图2是实施例1所得的改性吸水珠纳米复合材料的扫描电镜图。图3是实施例1所得的改性吸水珠纳米复合材料的XRD图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)将5g吸水珠(购于沭阳天霸园林绿化有限公司，透明吸水珠产品)在0.2mol/L的氯化亚铁溶液中浸泡6h，不断搅拌，全程在反应溶液中通氮气，然后用去离子水(使用的水需通氮气至少10分钟，以除去里面的氧气)冲洗吸水珠，放入冰箱中-20℃冰冻12h后，冷冻干燥12h；(2)将(1)得到吸水珠放进0.2mol/L的硫化钠溶液中浸泡12h，不断搅拌，全程通氮气，再用去离子水(使用的水需通氮气至少10分钟，以除去里面的氧气)冲洗，放入冰箱中-20℃冰冻12h后，冷冻干燥12h，即可得到改性吸水珠纳米复合材料。(3)重复一次步骤(1)和步骤(2)，以增大负载量。图1是本实施例得到最终材料的实物图，成黑色颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在厌氧或者无氧环境下，将吸水珠在二价铁盐溶液中浸泡，不断搅拌，然后用水冲洗吸水珠，冰冻后，冷冻干燥；/n(2)在厌氧或者无氧环境下，将(1)得到吸水珠放进硫化钠溶液中浸泡，不断搅拌，再用水冲洗，冰冻后，冷冻干燥，即可得到所述的改性吸水珠纳米复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在厌氧或者无氧环境下，将吸水珠在二价铁盐溶液中浸泡，不断搅拌，然后用水冲洗吸水珠，冰冻后，冷冻干燥；
(2)在厌氧或者无氧环境下，将(1)得到吸水珠放进硫化钠溶液中浸泡，不断搅拌，再用水冲洗，冰冻后，冷冻干燥，即可得到所述的改性吸水珠纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述的改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的二价铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁一种或者两种的混合；
步骤(1)、步骤(2)中所述的水进行如下预处理：在水中通氮气至少10分钟。


3.根据权利要求1所述的改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的二价铁盐溶液的铁离子浓度为0.2～1mol/L；
步骤(1)中所述的吸水珠与二价铁盐溶液的配比为每5～20g吸水珠配比二价铁离子浓度为0.2～1mol/L的二价铁盐溶液。


4.根据权利要求1所述的改性吸水珠纳米复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的浸泡的时间为6～12h；
步骤(1)中所述的冰冻温度为-10～-20℃，冰冻时间为2～12h；
步骤(1)中所述的冷冻干燥的时间为12～24h。


5.根据权利要求1所述的改性吸水珠纳米复合材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永涛，刘永林，张玉龙，王进进，张振，徐会娟，袁钰琪，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44