一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜及其制备方法，其中制备用于去除水中砷的复合纳米纤维膜方法包括：1)将柑橘属生物质皮粉末与适量的磷酸溶液反应制备OPAC；2)将TiO2加入到含有双酚A二缩水甘油醚的丙酮溶液中，然后滴加到OPAC表面反应得到TiO2/OPAC；3)将PLA粉末加入到二氯甲烷和N，N

【技术实现步骤摘要】
一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料学
，特别涉及一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界人口的不断增长和城镇工业化的推进，采矿、冶金、化工、印染、制酸等工业生产活动快速发展，大量含砷废水排入环境中，导致水环境中砷的浓度和分布范围不断增大。砷(As)是一种对人体及其他生物体有毒害作用的一级致癌物质，可经呼吸道和皮肤进入人体，经血液迅速分布至全身，大部分会与血红蛋白的脂蛋白结合，导致皮肤、生殖、癌症、神经和心血管等疾病。环境中的砷常以化合物形态存在，其中两种最主要的也是毒性最强的形态分别是砷(III)和砷(V)的化合物，其中，As(III)的毒性是As(V)的60
‑
100倍，并且As(III)的移动性和水溶性更强。
[0003]TiO2因其稳定性强、无毒性、耐腐蚀、氧化能力强、制备方便、价格低廉、以及对砷亲和力强等优点，在除砷领域受到了广泛关注；当TiO2纳米颗粒受到波长小于或等于387.5nm的光子能量照射时，价带的电子跃迁到导带上，从而产生了光生电子(e
‑
)
‑
空穴(h+)对。所产生的h+将吸附在二氧化钛表面的OH
‑
和H2O氧化为羟基自由基；电子(e
‑
)与表面的氧分子反应，最终可能生成羟基自由基，羟基自由基有很强的氧化能力，可将水中As(Ⅲ)氧化成As(V)，并且TiO2纳米颗粒还对水中As(V)的具有一定的吸附能力，这都使其在砷污水处理领域具有广阔的应用前景；但是在实际应用过程中，TiO2纳米颗粒容易团聚失活，影响其吸附和光催化性能，因此现有技术通常需要将TiO2负载到活性炭上以增强其分散性，进而达到较好的光催化和吸附效果，但是实际处理污水过程中存在颗粒易发生沉积，无法充分接触到光照，光催化以及吸附效率低，易流失难以进行二次回收，无法使用，易导致二次污染等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述不足，本专利技术的目的在于提供一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜及其制备方法，制备得到复合纳米纤维膜具有良好的As(III)吸附能力、光氧化特性、稳定性、可回收性和再生能力、绿色环保等优点，为缓解砷污染提供了一种新的策略。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)制备OPAC：
[0008]将柑橘属生物质皮粉末与适量的磷酸溶液混合搅拌至形成糊状物后浸渍24h，再将装有糊状物的坩埚置于充有氮气的密闭高温电阻炉中，在450
‑
500℃温度下加热1
‑
1.5h，待冷却至室温后取出用超纯水洗涤至滤液呈中性，将滤渣在105℃的条件下干燥至恒重后，研磨成粉末状，得到OPAC；
[0009]2)TiO2负载OPAC：
[0010]将定量TiO2加入到含有双酚A二缩水甘油醚的丙酮溶液中混合搅拌得悬浮液，再将悬浮液逐滴滴加到步骤1)制备得到的OPAC表面，在室温下干燥24h后，于氮气气氛中在460
‑
480℃条件下恒温煅烧1.5
‑
2h，冷却至室温后，得到TiO 2
/OPAC；
[0011]其中，所述TiO2、双酚A二缩水甘油醚、丙酮溶液、OPAC的固液比为：5
‑
6g：1.2
‑
1.4g：120
‑
140ml：15
‑
17g；
[0012]3)制备TiO2/OPAC/PLA复合纳米纤维膜
[0013]3.1)将定量PLA粉末加入到二氯甲烷和N，N
‑
二甲基甲酰胺的混合溶液中，在40
‑
45℃的恒温水浴条件下充分搅拌至PLA粉末完全溶解，然后向混合溶液中加入步骤2)制备得到的TiO2/OPAC充分混合搅拌后得静电纺丝前体溶液；
[0014]其中，二氯甲烷和N，N
‑
二甲基甲酰胺的混合液中氯甲烷和N，N
‑
二甲基甲酰胺体积比为7:3；PLA粉末与二氯甲烷和N，N
‑
二甲基甲酰胺的混合液的固液比为9g：100ml；TiO 2
/OPAC与PLA粉末的比例为1：6
‑
14；
[0015]3.2)将步骤3.1)制备得到的静电纺丝前体溶液超声处理30
‑
45min，将超声处理后的静电纺丝前体溶液进行静电纺丝，将得到的产物烘干，得到TiO2/OPAC/PLA复合纳米纤维膜。
[0016]优选的，所述柑橘属生物质皮为橙皮、柚子皮、柠檬皮或柑橘皮中的一种或几种。
[0017]优选的，在所述步骤1)和步骤2)中采用磁力搅拌器在200
‑
250rpm的速率下进行搅拌。
[0018]优选的，在所述步骤3.1)中采用水浴恒温磁力搅拌器在300
‑
350rpm速率条件下搅拌24h。
[0019]优选的，所述步骤3)中静电纺丝采用针式静电纺丝设备。
[0020]优选的，高压静电场电压范围为16
‑
18kV，注射器推进速度为1.2
‑
1.5mL/h，纺丝接收距离为12
‑
15cm，收集辊筒转速为250
‑
300rpm，收集辊筒材质为铝箔。
[0021]优选的，所述步骤3)中烘干采用真空烘箱，烘干温度为55
‑
60℃，烘干时间为18
‑
24h。
[0022]第二方面，本专利技术还提供了一种由上述制备方法制备得到的用于去除水中砷的TiO2/OPAC/PLA复合纳米纤维膜。
[0023]有益效果：
[0024]1、本专利技术采用柑橘属生物质皮制备活性炭，不仅实现了废弃资源高效转化利用，避免环境污染，同时还增加了其附加值，达到废弃资源充分利用，并且柑橘属生物质皮富含木质素、纤维素、半纤维素、羧基、羟基、果胶物质和酰胺等表面官能团，这些官能团能够增强吸附剂
‑
吸附物的相互作用，确保吸附效率；
[0025]2、采用本制备方法制得复合纳米纤维膜，表面平整光滑，纤维粗细均匀，具有一定的亲水性，以及较好的耐热性和机械强度，易回收，具有很好的再生性能，循环利用率高；
[0026]3、本专利技术通过将TiO2负载与OPAC上制备得到TiO2/OPAC，并将TiO2/OPAC作为掺杂剂引入PLA静电纺丝体系中制备得到复合纳米纤维膜，纳米纤维膜具有的较高的比表面积可提供更多的吸附面积与结合位点，活性炭的强吸附作用为TiO2的光催化提供了高浓度的反应环境，加快了反应速度，进而提高了光催化以及吸附效率，使得制得的复合纳米纤维膜
具有很高的除砷能力，具备极高的应用价值；
[0027]4、本专利技术采用聚乳酸为原料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于去除水中砷的复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备OPAC：将柑橘属生物质皮粉末与适量的磷酸溶液混合搅拌至形成糊状物后浸渍24h，再将装有糊状物的坩埚置于充有氮气的密闭高温电阻炉中，在450
‑
500℃温度下加热1
‑
1.5h，待冷却至室温后取出用超纯水洗涤至滤液呈中性，将滤渣在105℃的条件下干燥至恒重后，研磨成粉末状，得到OPAC；2)TiO2负载OPAC：将定量TiO2加入到含有双酚A二缩水甘油醚的丙酮溶液中混合搅拌得悬浮液，再将悬浮液逐滴滴加到步骤1)制备得到的OPAC表面，在室温下干燥24h后，于氮气气氛中在460
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480℃条件下恒温煅烧1.5
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2h，冷却至室温后，得到TiO 2
/OPAC；其中，所述TiO2、双酚A二缩水甘油醚、丙酮溶液、OPAC的固液比为：5
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6g：1.2
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1.4g：120
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140ml：15
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17g；3)制备TiO2/OPAC/PLA复合纳米纤维膜3.1)将定量PLA粉末加入到二氯甲烷和N，N
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二甲基甲酰胺的混合溶液中，在40
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45℃的恒温水浴条件下充分搅拌至PLA粉末完全溶解，然后向混合溶液中加入步骤2)制备得到的TiO2/OPAC充分混合搅拌后得静电纺丝前体溶液；其中，二氯甲烷和N，N
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二甲基甲酰胺的混合液中氯甲烷和N，N
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二甲基甲酰胺体积比为7:3；PLA粉末与二氯甲烷和N，N
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二甲基甲酰胺的混合液的固液比为9g：100ml；TiO 2
/OPAC与PLA粉末的比例为1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗擎英，程岚，尹学琴，蒋春苹，杨兴盼，刘蜀坤，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：