本发明专利技术公开了一种污水处理用纳米复合材料，通过黄腐酸对四氧化三铁磁性纳米颗粒进行表面改性制备而成。本发明专利技术采用黄腐酸进行磁性颗粒修饰，利用其含有大量的羟基、羧酸、酚酸等官能团，可以为吸附污水中金属离子提供合适的条件。同时黄腐酸在很宽的pH范围内也很稳定，适于各种污水环境。适于各种污水环境。适于各种污水环境。
【技术实现步骤摘要】
一种污水处理用纳米复合材料及其应用
[0001]本专利技术涉及一种对废水中金属离子具有吸附作用的纳米复合材料。
技术介绍
[0002]重金属广泛应用于电镀、冶炼、化工等行业，其应用推动了工业化的快速发展。然而，含有重金属离子的废水排入河流，渗入地下水，会对人类健康和生态系统造成严重破坏。对重金属排放的严格环境法规和对重金属含量极低的清洁水的需求不断增加，使得开发各种高效的重金属去除技术变得尤其重要。最近的研究集中于开发新型吸附剂，具有对目标金属的更高的吸附速率、容量和选择性，许多吸附剂如二氧化硅、沸石、生物质和生物聚合物被开发用于去除重金属。纳米吸附剂的独特性能为高效、经济的方法去除金属提供了前所未有的机会，各种纳米颗粒和树枝状大分子已被用于这一目的。
[0003]目前，人们提出了各种物理或化学方法来有效去除工业废水中的重金属如Cu离子，包括但不限于混凝、膜过滤、化学氧化、溶剂萃取、化学沉淀、电化学氧化、离子交换、浮选、反渗透与吸附。因此，吸附法是去除工业废水中Cu离子的一种高效、低成本的方法。在这方面，已开发出许多吸附剂，如GMZ膨润土、钛酸盐纳米管、钠凹凸棒土、碳纳米管和硅藻土等，具有较高的吸附性来吸附水中的Cu离子。然而，这些材料很难从水中回收，不能有效地处理各种含金属废水。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决优化对废水中Cu离子吸收成本高，回收困难的问题，选用含量丰富的黄腐酸(FA)作为吸附原料，修饰到Fe3O4磁性颗粒上，在提高对Cu离子吸附能力的同时还能通过其磁性达到回收使用的目的。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种污水处理用纳米复合材料，通过黄腐酸对四氧化三铁磁性纳米颗粒进行表面改性制备而成。
[0007]黄腐酸(FA)分子半径约为1nm，分子结构中含有大约5～10个可电离的羧基和最多一个含N或S官能团，FA与金属离子络合物稳定；同时，由于具有较多羟基、羧基等亲水基团，FA更具有亲水性，水溶液中分散性更好。FA与金属离子相互作用的位点是特定的，不同金属离子与FA相互作用的位点也不尽相同。利用FA中的大量的羟基、羧酸、酚酸等官能团，为吸附污水中多种金属离子提供合适的条件，同时FA在很宽的pH范围内也很稳定，适合各种污水环境。
[0008]此外，FA中的酚羟基、羧基、含氮基团、PH值、离子浓度以及FA的组分差异等对FA与Cu离子络合的重要影响，有力促进了其对Cu离子的吸附效果。同时Cu(II)可以由静电吸附在复合材料表面。通过在磁性颗粒表面修饰FA，可以同时通过静电作用和还原作用进行Cu离子的吸附。
[0009]具体的，采用黄腐酸对四氧化三铁磁性纳米颗粒进行表面改性包括以下步骤：
[0010](1)Fe3O4磁性吸附材料主体制备：
[0011]在密闭、氮气气氛条件下FeCl3溶液和FeCl2溶液混合后水浴加热，保持密闭、氮气气氛条件向混合溶液中缓慢滴加一水合氨，滴加同时使用搅拌器搅拌；
[0012](2)磁性主体表面改性：
[0013]保持密闭、氮气气氛条件，并待一水合氨滴定快结束时，向步骤(1)中的混合溶液中快速加入油酸和黄腐酸溶液，并充分搅拌；
[0014]再加入硅烷偶联剂，并充分搅拌；
[0015]收集沉淀物，使用去离子水、无水乙醇清洗3次得到湿沉淀后，干燥即得所述污水处理用纳米复合材料。
[0016]其中，所述步骤(1)分别采用FeCl3·
6H2O和FeCl2·
4H2O制备FeCl3溶液和FeCl2溶液，FeCl3·
6H2O和FeCl2·
4H2O的质量比为2～3：1。
[0017]步骤(2)油酸、黄腐酸、硅烷偶联剂的加入量为：每10gFeCl3·
6H2O油酸用量3ml，黄腐酸用量2g，硅烷偶联剂用量2ml。
[0018]在部分实施例中，较为优选的，污水处理用纳米复合材料制备方法如下：
[0019](1)Fe3O4磁性吸附材料主体制备：
[0020]称取50gFeCl3溶于500ml超纯水中，称取20gFeCl2溶于150ml超纯水中，在磁力搅拌机中充分搅拌；
[0021]在密闭、氮气气氛条件下将溶解后的FeCl3溶液和FeCl2溶液混合并在90℃条件下密封水浴加热；
[0022]保持密闭、氮气气氛条件向混合溶液中缓慢滴加100ml一水合氨，并使用搅拌器搅拌；
[0023](2)磁性主体表面改性：
[0024]称取10g黄腐酸溶于50ml超纯水中制备黄腐酸溶液；保持密闭、氮气气氛条件，待一水合氨滴定快结束时，向步骤(1)中的混合溶液中快速加入15mL油酸和配置好的黄腐酸溶液，并搅拌1h；
[0025]加入硅烷偶联剂10ml，并搅拌30min；
[0026]收集沉淀物，使用去离子水、无水乙醇清洗3次得到湿沉淀；
[0027]在真空干燥箱中调节温度为100℃，干燥24h，即得。
[0028]本专利技术污水处理用纳米复合材料还可以进行重复使用：将进行污水处理后的纳米复合材料浸泡在HCl溶液中静置8h，过滤上清液后，用去离子水冲洗，80℃干燥即可。
[0029]本专利技术还公开了上述污水处理用纳米复合材料在去除污水中金属离子上的应用。所述金属离子为铜离子。以及采用本专利技术纳米复合材料优选的污水处理条件：调节处理温度为30℃，pH值为7。
[0030]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0031]1.本专利技术采用黄腐酸进行磁性颗粒修饰，利用其含有大量的羟基、羧酸、酚酸等官能团，可以为吸附污水中金属离子提供合适的条件。同时黄腐酸在很宽的pH范围内也很稳定，适于各种污水环境(在pH值3～9时，均具有较强的铜离子吸附效果)。
[0032]2.本专利技术应用黄腐酸修饰磁性颗粒以强化其吸附效果，并且对比其他吸附剂有着地球丰富度高、含碳量高、价格便宜等优点。
[0033]3.通过功能化表面修饰改性磁流体，可以有效改善磁颗粒的沉降稳定性和聚团现象。
[0034]4.本专利技术以磁性Fe3O4为主体进行修饰，可以通过其磁性达到回收利用的目的。
附图说明
[0035]图1为污水处理用纳米复合材料的制备流程图；
[0036]图2为吸附时间对吸附效率的影响曲线；
[0037]图3为PH值对吸附效率的影响曲线；
[0038]图4为温度对吸附效率的影响曲线；
[0039]图5为吸附剂含量对吸附效率的影响曲线；
[0040]图6为二元复合体系对Cu
2+
吸附效率的影响曲线；
[0041]图7为三元复合体系对Cu
2+
吸附效率的影响曲线；
[0042]图8为耐久性实验曲线；
[0043]图9为重复性实验曲线。
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0045]实施例1
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种污水处理用纳米复合材料，其特征在于，所述污水处理用纳米复合材料通过黄腐酸对四氧化三铁磁性纳米颗粒进行表面改性制备而成。2.根据权利要求1所述的污水处理用纳米复合材料，其特征在于，所述黄腐酸对四氧化三铁磁性纳米颗粒进行表面改性包括以下步骤：(1)Fe3O4磁性吸附材料主体制备：在密闭、氮气气氛条件下将FeCl3溶液和FeCl2溶液混合后水浴加热，保持密闭、氮气气氛条件向混合溶液中缓慢滴加一水合氨，滴加同时使用搅拌器搅拌；(2)磁性主体表面改性：保持密闭、氮气气氛条件，并待一水合氨滴定快结束时，向步骤(1)中的混合溶液中快速加入油酸和黄腐酸溶液，并充分搅拌；再加入硅烷偶联剂，并充分搅拌；收集沉淀物，使用去离子水、无水乙醇清洗3次得到湿沉淀后，干燥即得所述污水处理用纳米复合材料。3.根据权利要求2所述的污水处理用纳米复合材料，其特征在于，所述步骤(1)FeCl3溶液和FeCl2溶液的加入量以FeCl3·
6H2O和FeCl2·
4H2O的质量比为2～3：1计量。4.根据权利要求3所述的污水处理用纳米复合材料，其特征在于，所述步骤(1)中一水合氨的加入量为：每10gFeCl3·
6H2O一水合氨用量20mL；所述步骤(2)油酸、黄腐酸、硅烷偶联剂的加入量为：每10gFeCl3·
6H2O油酸用量3ml，黄腐酸用量2g，硅烷偶联剂用量2ml。5.根据权利要求4所述的污水处理用纳米复...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳栋，孙滢涛，陈悦凯，魏振华，李菁蔚，周剑锋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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