用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，所述重金属离子为重金属废水中的，本发明专利技术提供的复合材料由针铁矿、羧基化纤维素纳米晶通过水热法复合而成，解决了针铁矿易团聚和纤维素纳米晶分离困难等问题，并提高了对重金属离子得吸附能力。通过该制备方法所获得的复合材料对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)等重金属离子均有较高的吸附容量、较快的吸附速率。本发明专利技术方法所用的原料价廉易得，制备工艺简单，条件温和，所制备的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料是一种性能优良、成本低的重金属吸附剂，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法
本专利技术属于环境功能新材料和重金属废水处理
，具体涉及用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法。
技术介绍
近年来矿物资源开发、电镀、金属加工与冶炼、制革、化肥生产等工业产生的废水的排放以及农业活动中化肥、农药的施用导致大量重金属释放到环境中，加剧了水体重金属污染。重金属具有毒性强、不可生物降解等特点，一旦进入水体将导致水生态系统的长期污染，且能够通过能够通过饮水和食物链进入人体和其他生命有机体中累积，对人体健康和生态环境造成不可逆转的危害，例如镉(Cd)已被证实与骨痛病、心肌梗死、高血压等的发病机制有关，砷(As)会导致皮肤癌、心血管及呼吸系统疾病等，铅(Pb)与厌食症、学习障碍等疾病的引发有关。因此从水和废水中去除有毒重金属离子是保护公众健康和环境的一项重要任务。吸附法操作简便，是一种经济高效且发展较成熟的重金属废水处理方法。铁基材料如Fe0，FeOOH，Fe2O3，FeS等已被广泛应用于重金属废水处理。铁氧化物表面积大、反应性强，对重金属有很强的去除能力，尤其针铁矿(α-FeOOH)是土壤/沉积物中普遍存在的一种天然矿物，相对稳定，成本低，具有高比表面积和大量的羟基，对重金属离子具有较强的吸附能力。然而，单一针铁矿颗粒细小，在水溶液中容易团聚而使其表面活性降低，吸附性能减弱，在一定程度上限制了其应用。纤维素是自然界中最为丰富的天然高分子材料，具有可生物降解、无毒、易改性、可再生等优点，在生物医药、能源、环境等领域有较好的应用前景。纳米纤维素是通过化学水解、机械破碎、酶解法等方法从纤维素原料中提取出来的，其中纤维素纳米晶结晶度较高，具有较强的刚性、化学稳定性及热稳定性。然而，现有技术中的纤维素纳米晶尺寸小，在水中分散性高，去除污水中的重金属的反应完成后将其分离出来较困难。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷，提供一种水热法合成针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料，解决针铁矿的团聚和纤维素纳米晶分离困难的问题，并将其应用于吸附废水中的重金属离子。本专利技术所制得的复合材料对重金属离子有较高的吸附容量、较快的吸附速率。本专利技术提供如下技术方案：用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在室温下，将32.5g的3.2wt％的羧基化纤维素纳米晶分散在67.5g的去离子水中，磁力搅拌20min，形成1wt％的羧基化纤维素纳米晶分散液；(2)向所述步骤(1)得到的分散液中加入Fe(NO3)3·9H2O，室温下磁力搅拌8h，得到Fe3+/羧基化纤维素纳米晶络合混合液；(3)边搅拌边向所述步骤(2)得到的混合液中加入浓度为5M的NaOH溶液调节混合液的pH，继续搅拌30s；(4)将所述步骤(3)中得到的混合液转移到水热反应釜中密闭，置于烘箱内进行水热反应，反应结束后洗涤所得产物，置于真空干燥箱中50℃中烘干12h，最终得到所述针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料。进一步地，所述步骤(2)中加入的Fe(NO3)3·9H2O质量为0～10g。进一步地，所述的步骤(3)中调节混合液的pH至pH>13。进一步地，所述的步骤(4)中水热反应条件为70℃下反应12h。进一步地，所述步骤(4)中的反应结束后洗涤所得产物为将所得产物先用去离子水反复洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤2～3次。进一步地，所述针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料能够去除重金属废水中的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)或As(Ⅴ)中的一种或多种重金属离子。本专利技术的有益效果为：1、针铁矿具有高的比表面积和复杂的表面结构，尤其是表面含有大量羟基官能团，对水中的各种阴、阳离子及有机污染物尤其是重金属离子具有较强的吸附能力。合成的针铁矿颗粒细小，使用具有高分散性的纤维素纳米晶作为载体，能够有效将针铁矿分散开，克服了其单独应用于废水处理时容易团聚而使表面活性降低，进而使其吸附性能减弱的现象，增强其对污染物的去除能力。2、与现有的其他载体材料相比，羧基化纤维素纳米晶含有大量表面官能团、分散性高，具有较强的刚性、化学稳定性及热稳定性，作为针铁矿的载体主要有以下优势：(1)表面含有大量羧基官能团，Fe3+能够与羧基官能团进行静电相互作用将Fe元素负载到羧基化纤维素纳米晶上，有利于Fe3+与载体的结合；(2)在水中分散性高有利于针铁矿的固定和分散；(3)具有较强的刚性和稳定性，能够减少针铁矿的溶出，延长吸附剂的使用寿命；(4)具有可生物降解性，无毒且廉价易得。3、羧基化纤维素纳米晶表面的羧基官能团对重金属离子也有一定的吸附作用，与针铁矿结合后不仅能够提高其对重金属离子的去除效果，还能克服其在水中分散性高，在吸附完成后难以进行固液分离的缺点。4、本专利技术制备的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在去除含重金属离子废水的过程中，对重金属阳离子和重金属含氧酸根都有较高的吸附容量和较快的反应速率。5、本专利技术制备方法简单易操作，制备条件温和，成本低廉，具有广泛的应用前景。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1为本专利技术实施例1中提供的羧基化纤维素纳米晶材料的X射线衍射(XRD)谱图；图2为本专利技术实施例1中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的X射线衍射(XRD)谱图；图3为本专利技术实施例1中提供的针铁矿材料的X射线衍射(XRD)谱图；图4为本专利技术实施例1中提供的不同针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对Pb(Ⅱ)的吸附量；图5为本专利技术实施例1中提供的不同针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对Cd(Ⅱ)的吸附量；图6为本专利技术实施例1中提供的不同针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对As(Ⅴ)的吸附量；图7为本专利技术实施例2中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对Pb(Ⅱ)的吸附动力学曲线；图8为本专利技术实施例2中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对不同浓度含Pb(Ⅱ)废水的吸附效果；图9为本专利技术实施例3中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对Cd(Ⅱ)的吸附动力学曲线；图10为本专利技术实施例3中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对对不同浓度含Cd(Ⅱ)废水的吸附效果；图11为本专利技术实施例4中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对As(Ⅴ)的吸附动力学曲线；图12为本专利技术实施例4中提供的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料在室温下对不同浓度含As(Ⅴ)废水的吸附效果。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在室温下，将32.5g的3.2wt％的羧基化纤维素纳米晶分散在67.5g的去离子水中，磁力搅拌20min，形成1wt％的羧基化纤维素纳米晶分散液；/n(2)向所述步骤(1)得到的分散液中加入Fe(NO

【技术特征摘要】
1.用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在室温下，将32.5g的3.2wt％的羧基化纤维素纳米晶分散在67.5g的去离子水中，磁力搅拌20min，形成1wt％的羧基化纤维素纳米晶分散液；
(2)向所述步骤(1)得到的分散液中加入Fe(NO3)3·9H2O，室温下磁力搅拌8h，得到Fe3+/羧基化纤维素纳米晶络合混合液；
(3)边搅拌边向所述步骤(2)得到的混合液中加入浓度为5M的NaOH溶液调节混合液的pH，继续搅拌30s；
(4)将所述步骤(3)中得到的混合液转移到水热反应釜中密闭，置于烘箱内进行水热反应，反应结束后洗涤所得产物，置于真空干燥箱中50℃中烘干12h，最终得到所述针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料。


2.根据权利要求1所述的用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入的Fe(NO...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕玮，陈燕燕，付融冰，范建伟，张伟贤，陈小倩，马倩，薛英浩，冉献强，孙宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31