一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法及其应用技术

一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法及其协同过硫酸盐降解水体内分泌干扰物的应用，该制备方法通过纯化、热改性、有机改性，得到比表面积大、孔隙率高、具有一定疏水性的有机改性凹凸棒土；以有机改性凹凸棒土为载体，利用液相还原法将纳米铁负载在有机改性的凹凸棒土上，制备出不同掺杂比的凹凸棒土纳米铁材料。本发明专利技术一方面利用一系列改性调控手段，提高凹凸棒土的比表面积及亲疏水性，增强其对水体内分泌干扰物吸附富集的能力，另一方面通过改性有机凹凸棒土的高效负载提升单独纳米铁的稳定性和分散性，延长其使用寿命，增强持续缓释Fe

【技术实现步骤摘要】
一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种环境污染物处理
，尤其是涉及一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备及其协同过硫酸盐降解水体内分泌干扰物的应用。

技术介绍

[0002]由于我国经济的快速发展，水资源高效利用面临严峻挑战。而大部分水体也作为城镇的主要饮用水源和工、农业用水，其水质安全直接威胁水资源的高效利用与保护。内分泌干扰物是一类具有干扰机体内源性激素特点的外源化学物，可导致多种健康风险，如肿瘤、生殖功能异常、认知缺陷和代谢性疾病等。2022年3月，内分泌干扰物被定义为新污染物。内分泌干扰物通过地表径流、废污水排放、生活垃圾和大气干湿沉降等方式积聚，进入水体的大部分内分泌干扰物具有疏水性、难降解、持久性、生物累积性且能长距离迁移等特点，对水生生物及人类健康造成潜在危害。
[0003]水体内分泌干扰物的治理应是保障水资源高效利用的重点工作之一，但目前为止还没有提出合理的解决策略。现阶段水体内分泌干扰物去除主要集中在物理法(如吸附技术、膜过滤等)、微生物法、高级氧化技术(如电芬顿、光催化、过硫酸盐高级氧化等)。物理法主要利用吸附技术或膜过滤将内分泌干扰物进行转移，对环境依然存在潜在危险；微生物降解是内分泌干扰物在自然环境中最主要的降解方式之一，但微生物降解速率缓慢，目前是污水处理厂常用技术手段；电芬顿法是基于阴极材料的设计加工，通过电催化将水体内分泌干扰物的去除工艺，适用于工业废水的治理；光催化氧化中催化剂的量子产率低，光生电子空穴易复合，且太阳能利用率也有待进一步提高，其在实际应用受到诸多限制。
[0004]过硫酸盐高级氧化技术可以生成强活性自由基(如SO4
﹣
·
、
·
OH等)，具有氧化能力强，稳定性好，受pH影响小等优点而越来越受到人们的关注，有望应用于实际水体内分泌干扰物类有机有毒污染物的治理，但存在过硫酸盐有效利用率低的问题，目前的研究主要集中在如何绿色高效的活化过硫酸盐。在诸多活化方法中过渡金属活化能耗少，操作简便，具有较明显的优势，但存在活化效率低、稳定性差，影响其在实际水体中的应用。
[0005]天然凹凸棒土储量丰富，具有高度多孔结构、比表面积大、粘度高且表面含有大量的硅烷醇基团及可交换阳离子等特点，可作为环境友好、成本低廉、吸附性能好的水处理材料，在环境保护领域的应用研究具有巨大的发展潜力。凹凸棒土具有结构独特和吸附性能良好的优点，已经取得的成果表明凹凸棒土是一种优良的水环境吸附剂，特别是经过改性后的凹凸棒土吸附性能更佳，在去除水体内分泌干扰物具有较大潜力。
[0006]因此，基于凹凸棒土结构独特和吸附性能良好的优点，结合过渡金属活化过硫酸盐的特性，研发高效、稳定、环境友好且具有持续活化过硫酸盐产生强活性自由基的新型过渡金属功能材料是过硫酸盐高级氧化高效降解水体内分泌干扰物的关键。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对过硫酸盐高级氧化体系存在氧化反应过快、过硫酸盐的有效利用率低
的问题，构建一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁协同过硫酸盐降解水体内分泌干扰物方法，达到提高对疏水性内分泌干扰物的氧化降解效率，促进水质净化，加快水生态环境的恢复，保障水资源高效利用的目的。
[0008]本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：
[0009]一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，通过纯化、热改性、有机改性，得到比表面积大、孔隙率高、具有一定疏水性的有机改性凹凸棒土；以有机改性凹凸棒土为载体，利用液相还原法将纳米铁负载在有机改性的凹凸棒土上，制备出不同掺杂比的凹凸棒土纳米铁材料。
[0010]进一步的，所述的纯化是由天然凹凸棒土研磨过100目筛后，用蒸馏水将凹凸棒土粉配成悬浮液，在悬浮液中加入六偏磷酸钠作为分散剂，凹凸棒土、六偏磷酸钠、蒸馏水的质量之比为1：0.02
‑
0.1：10，50
‑
70℃磁力搅拌2～3h，再静置30min，取出上层乳白色悬浮液离心处理，并将离心后的沉淀物在105℃条件下干燥6～8h后研磨过100目筛，得到粒径≤100目的提纯后的纳米级凹凸棒土。
[0011]进一步的，所述的热改性是将纯化后的纳米级凹凸棒土由马弗炉焙烧，温度在250～300℃，焙烧时间3～4h，冷却后，过100目筛，得到粒径≤100目的热改性凹凸棒土。
[0012]进一步的，所述的有机改性凹凸棒土是由纯化且热改性的凹凸棒土与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，采用湿法制备而成，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与纯化且热改性凹凸棒土按照质量比：1:50
‑
1:400添加，再与蒸馏水以1:10固液质量比搅拌5～6h，反应温度50～70℃，反应结束后离心过滤，用蒸馏水洗涤滤饼5～6次，105℃烘干10h，粉碎，过100目筛，最后得到有机改性凹凸棒土。
[0013]进一步的，所述的以有机改性凹凸棒土为载体，利用液相还原法将纳米铁负载在有机改性的凹凸棒土上，制备出不同掺杂比的凹凸棒土纳米铁材料，包括：
[0014]步骤S1，称取一定量所述有机改性凹凸棒土，用50mL的去离子水和乙醇混合溶液溶解，加入9.66g六水合氯化铁，搅拌2h；并向其中滴加硼氢化钠溶液，滴加速度为0.2mL/s，确保硼氢化钠与Fe
3+
充分反应，Fe
3+
反应完毕后继续搅拌0.5
‑
1h，改性凹凸棒土与六水合氯化铁溶液浸泡离心处理之后的过程均在氮气保护下进行，硼氢化钠溶液滴加完毕后继续搅拌0.5
‑
1h；
[0015]步骤S2，反应结束后，转移至100mL的离心管，溶剂选用乙醇，清洗3
‑
4次，再离心沉淀，最后所得固体真空过滤干燥，真空过滤分离固体，先用脱氧水彻底清洗，后用无水乙醇彻底清洗，按纳米铁与有机凹凸棒土的质量比例1:0.5
‑
1:4设置有机凹凸棒土的质量。
[0016]一种如上所述方法制备的新型凹凸棒土纳米铁材料。
[0017]一种如上所述方法制备的新型凹凸棒土纳米铁材料作为催化剂高效活化过硫酸盐降解有机污染物的应用，将所述新型凹凸棒土纳米铁材料加入到待处理内分泌干扰物水溶液中，加入过硫酸盐，常温反应，实现内分泌干扰物的降解。
[0018]进一步的，所述有机污染物与所述亲疏水性凹凸棒土纳米铁质量比为1:10
‑
1:400。
[0019]进一步的，所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或其混合；所述过一硫酸盐为KHSO5、NaHSO5中的一种或其混合，所述过二硫酸盐为K2S2O8、Na2S2O8中的一种或其混合，所述过硫酸盐的浓度为0.1
‑
1.0mM。
[0020]进一步的，所述的内分泌干扰物包括多环芳烃类、邻苯二甲酸酯类、农药和除草剂类中的至少一种。
[0021]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0022]1、本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，其特征在于：通过纯化、热改性、有机改性，得到比表面积大、孔隙率高、具有一定疏水性的有机改性凹凸棒土；以有机改性凹凸棒土为载体，利用液相还原法将纳米铁负载在有机改性的凹凸棒土上，制备出不同掺杂比的凹凸棒土纳米铁材料。2.根据权利要求1所述的一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，其特征在于：所述的纯化是由天然凹凸棒土研磨过100目筛后，用蒸馏水将凹凸棒土粉配成悬浮液，在悬浮液中加入六偏磷酸钠作为分散剂，凹凸棒土、六偏磷酸钠、蒸馏水的质量之比为1：0.02
‑
0.1：10，50
‑
70℃磁力搅拌2～3h，再静置30min，取出上层乳白色悬浮液离心处理，并将离心后的沉淀物在105℃条件下干燥6～8h后研磨过100目筛，得到粒径≤100目的提纯后的纳米级凹凸棒土。3.根据权利要求1所述的一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，其特征在于：所述的热改性是将纯化后的纳米级凹凸棒土由马弗炉焙烧，温度在250～300℃，焙烧时间3～4h，冷却后，过100目筛，得到粒径≤100目的热改性凹凸棒土。4.根据权利要求1所述的一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，其特征在于：所述的有机改性凹凸棒土是由纯化且热改性的凹凸棒土与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，采用湿法制备而成，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与纯化且热改性凹凸棒土按照质量比：1:50
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1:400添加，再与蒸馏水以1:10固液质量比搅拌5～6h，反应温度50～70℃，反应结束后离心过滤，用蒸馏水洗涤滤饼5～6次，105℃烘干10h，粉碎，过100目筛，最后得到有机改性凹凸棒土。5.根据权利要求1所述的一种亲疏水性凹凸棒土纳米铁材料的制备方法，其特征在于：所述的利用液相还原法将纳米铁负载在有机改性的凹凸棒土上，制备出不同掺杂比的凹凸棒土纳米铁材料，包括：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，林莉，姜红武，潘雄，曹小欢，冯雪，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：