本发明专利技术涉及一种动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂制备技术。本发明专利技术属于环境工程领域的实用技术，采用水热前改性技术可以有效增加角蛋白中含硫官能团参与交联反应的效率，再用锡基交联剂顺利地将二价锡交联在羽毛原材料原有的疏基位点上，制备得到负载SnS颗粒的羽毛炭基功能性高效重金属还原材料。在处理初始浓度为10mg/L重铬酸钾溶液时，60分钟后的六价铬去除效率高达99.8%。在处理初始浓度为25mg/L重铬酸钾溶液时，将反应时间延长至300分钟，六价铬去除效率也可以达到99.8%。六价铬去除效率也可以达到99.8%。六价铬去除效率也可以达到99.8%。
【技术实现步骤摘要】
一种动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂制备技术
[0001]本专利技术涉及一种动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂制备技术开发及其用于六价铬废水应急处理，工程上涉及水处理领域，技术上涉及材料合成领域及复合型吸附还原剂领域。
技术背景
[0002]内蒙古地区分布大量电镀企业和皮革鞣制企业，不论是电镀的钝化工序还是皮革鞣制的鞣皮工序都需要使用铬酸，因此也就产生了含六价铬废水，在传统处理工艺中，不论是二价铁还原剂还是传统的生物炭吸附剂处理效率有限，均不能稳定地将六价铬去除到排放标准以下，因此含六价铬的深度处理一直是业界难题。虽然零价铁处理效率较高，但是由于其具有不易保存、易团聚、易失活等特点，因此新开发材料中不乏将零价铁负载在生物炭上的技术路线，这样能有效提高材料效率，避免纳米材料易团聚、易失活等缺点。锡作为一种地壳中含量很高的元素，其分布广泛，开发成本也较低，并且硫化亚锡（SnS）具有更低的氧化还原电位，还原能力较零价铁更强，因此，本实施例中采用纳米硫化亚锡作为功能位点。此外，本专利技术考虑引入含硫量更高，天生含有大量硫化位点的动物源生物质——羽毛作为原料，为了实现功能化自掺杂，避免原材料浪费，通过利用羽毛材料中特殊的β角蛋白结构和氯化亚锡在前改性条件的原位交联作用，实现了纳米级硫化亚锡在层状羽毛炭上的原位负载，同时节约大量资源能源，最终实现新型动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂（nSBC）的开发。
技术实现思路
[0003]通过利用水热前改性技术可以有效增加角蛋白中含硫官能团参与交联反应的效率，再用锡基交联剂顺利地将二价锡交联在羽毛原材料原有的疏基位点上。同时，形成硫化亚锡后可以有效防止炭化过程中硫元素的散失。经过不同表征，我们发现SnS纳米粒子的直径在5
‑
10 nm左右，且均匀分布在层装羽毛炭模板表面。通过不同实验我们证实nSBC可以有效原位将六价铬残留浓度处理到检出限以下，还能同时协同去除三价铬离子，这些都能证明新材料去除重金属的高效性。
[0004]本专利技术的具体技术方案如下：
①
原料准备羽毛取自垃圾堆，去除砂石泥土、各种鸡肉、角质组织等杂质，尽量去除霉变部位，避免杂质引入；分别用表面活性剂与自来水洗涤1次，去除油脂等杂质，再用去离子水冲洗两遍，置于60℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，然后用剪子将羽毛剪到毫米级长短。
[0005]实验全程使用去离子水，电阻率小于18.2 MΩ
·
cm。分别配置16 g/L的SnCl2无水乙醇溶液用于样品的合成；10 mg/L，25 mg/L和50 mg/L的重铬酸钾溶液用于模拟不同浓度的含六价铬废水；分别配置0.1 mol/L的盐酸与氢氧化钾溶液用于辅助材料前改性、活化材料后处理等工作。
[0006]②
水热交联改性首先，将4.0 g上述毫米级的碎羽毛置于25 mL聚四氟乙烯的水热反应釜套筒中，然后将10 mL16 g/L的SnCl2乙醇溶液逐滴加入置满鸡毛的套筒中，将套筒封好后放于水热反应釜不锈钢外衬套筒内，用钢棍辅助旋紧釜盖。然后将这些旋紧的水热反应釜放于电热鼓风干燥箱内加热至200℃，维持6 h。
[0007]③
水浴急冷使用坩埚钳将反应釜取至水槽内，马上用自来水水浴冷却反应釜。约10 min后，将水冷至室温的反应釜取出旋开，取出聚四氟乙烯套筒，将套筒中类似焦油的物质取至刚玉舟中。
[0008]④
炭化刚玉舟移至管式炉中加热炭化。炭化过程中通入惰性气体氩气，通气速度50 mL/min，设置程序升降温：按照10 ℃/min的升温速度将温度升至350 ℃，保持1.5 h后自然冷却至室温，用玛瑙研钵研磨至粉末状，后放于200 mL烧杯中加入50 mL无水乙醇浸泡清洗，再使用去离子水清洗1遍后，放于布氏漏斗中使用中速定性滤纸过滤，将载有样品的滤纸放于鼓风干燥箱中在100 ℃下干燥12 h，干燥后的样品再次用玛瑙研钵研磨成为细粉状，标记为动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂（nSBC）。
附图说明
[0009]图1 为nSBC形成机理图，摘要附图。
[0010]图2 为nSBC用于含六价铬废水处理前后的X射线衍射（XRD）图。衍射曲线上在2θ = 10
°
和24
°
处可以观察到非常宽的衍射峰，这表明nSBC整体内部包含无定形碳晶格。在22.01
°
，26.01
°
，27.47
°
，30.47
°
，31.53
°
，39.05
°
，42.51
°
，44.74
°
，45.50
°
和48.51
°
处均发现非常明显的特征峰，但是可以清楚看到反应后的特征峰明显变得非常微弱，这也说明nSBC上面的硫化亚锡（SnS）颗粒参与了六价铬的还原反应，随着反应的进行，SnS逐渐变少。
[0011]图3 为nSBC用于含六价铬废水处理前后的拉曼光谱（Raman）图。其中的在1340、1595 cm
‑
1左右分别有明显的D带与G带存在，D带和G带代表着sp3和sp2杂化的碳原子的存在，这也证明了材料中多层氧化石墨烯骨架的存在。其中D带和G带的强度比（I
D
/I
G
）的结果代表了碳材料的混乱程度，在还原反应后，D带的强度明显减弱，ID/IG的数值也明显变小，这说明随着还原反应的进行，又有更多的材料沉积在材料的表面，直接提升了碳基材料的表面混乱程度。
[0012]图4 为nSBC的扫描电镜（SEM）图。在nSBC的SEM图中，我们可以看到nSBC的片层较厚。
[0013]图5 为nSBC的高分辨率透射电镜（HRTEM）图，在HRTEM图上可以清晰看到SnS的晶格，说明SnS纳米颗粒成功地负载在了鸡毛炭基底上，且SnS颗粒的直径在10
‑
20 nm左右。
[0014]图6 为nSBC用于初始六价铬浓度分别为（a）50 mg/L，（b）25 mg/L和（c）10 mg/L六价铬溶液中三价铬及六价铬协同去除结果柱状图（投加量为1g/L）。详细说明见实施例1。
[0015]图7 为nSBC用于六价铬在原位环境下与搅拌环境下去除率对比图。详细说明见实施例2。
[0016]图8 为nSBC和再生的nSBC（RnSBC）分别用于六价铬溶液还原的去除率对比图。详
细说明见实施例3。
具体实施方式
[0017]以下结合实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0018]实施例1：还原性能测试：使用重铬酸钾储备液验证材料的还原性。所有的还原实验都在60 mL石英反应管里进行。按照1 g/L的投加量将50 mg的nSBC加入50 mL浓度分别为10，25，50 mg/L的重铬酸钾溶液中，在反应管中加入聚四氟乙烯磁力搅拌子，置于转速为500 rpm的磁力搅拌器上搅拌1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂制备技术，其特征在于，包括以下几种步骤：准备：全程使用去离子水，电阻率小于18.2 MΩ
·
cm；分别配置16 g/L的SnCl2无水乙醇溶液用于样品的合成；10 mg/L，25 mg/L和50 mg/L的重铬酸钾溶液用于模拟不同浓度的含六价铬废水；分别配置0.1 mol/L的盐酸与氢氧化钾溶液用于辅助材料前改性、活化材料后处理等工作；步骤1：羽毛取自垃圾堆，去除砂石泥土、各种鸡肉、角质组织等杂质，尽量去除霉变部位，避免杂质引入；分别用表面活性剂与自来水洗涤1次，去除油脂等杂质，再用去离子水冲洗两遍，置于60℃的鼓风干燥箱中干燥24 h，然后用剪子将羽毛剪到毫米级长短；步骤2：将4.0 g上述毫米级的碎羽毛置于25 mL聚四氟乙烯的水热反应釜套筒中，然后将10 mL16 g/L的SnCl2乙醇溶液逐滴加入置满鸡毛的套筒中，将套筒封好后放于水热反应釜不锈钢外衬套筒内，用钢棍辅助旋紧釜盖；然后将这些旋紧的水热反应釜放于电热鼓风干燥箱内加热至200℃，维持6 h；使用坩埚钳将反应釜取至水槽内，马上用自来水水浴冷却反应釜；约10 min后，将水冷至室温的反应釜取出旋开，取出聚四氟乙烯套筒，将套筒中类似焦油的物质取至刚玉舟中；步骤3：刚玉舟移至管式炉中加热炭化；炭化过程中通入惰性气体氩气，通气速度50 mL/min，设置程序升降温：按照10 ℃/min的升温速度将温度升至350 ℃，保持1.5 h后自然冷却至室温，用玛瑙研钵研磨至粉末状，后放于200 mL烧杯中加入50 mL无水乙醇浸泡清洗，再使用去离子水清洗1遍后，放于布氏漏斗中使用中速定性滤纸过滤，将载有样品的滤纸放于鼓风干燥箱中在100 ℃下干燥12 h，干燥后的样品再次用玛瑙研钵研磨成为细粉状，标记为nSBC。2.根据权利要求1所述的动物源羽毛炭基硫化亚锡耦合高效还原剂制备过程，其特征在于，利用了动物源生物质羽毛原始的β角蛋白结构，羽毛骨架中存在大量的β折叠结构，这些折叠结构在高温下逐层打开，双硫键也随之断裂，同时使用交联助剂SnCl2，可以促进SnS功能位点的形成，并且形成的SnS以共价键形式交联在β片层上，再利用低温炭化过程可以实现SnS原位稳定负载；同时由于双硫键往往成对存在，因此形成的SnS纳米颗粒的直径在10
‑
20 nm左右（图5）；也因此，原料不限...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡敬韬，李慧琴，王晓晶，薛晨玥，王一帆，金青青，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：
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