[发明专利]一种多功能材料PANI-CMC-Fe3O4及在印染废水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及多功能水处理材料的制备及应用技术领域，具体涉及一种可用于处理染 料废水的多功能材料PANI-CMC-Fe₃O₄的制备及其应用。

背景技术

染料废水成分复杂，浓度高，毒性大，且流失到环境中的染料大多属于难降解物质， 同时许多染料具有较大毒性。因此，染料废水的处理对保护环境具有十分重要的意义。

聚苯胺(PANI)具有独特的质子酸掺杂-脱掺杂的性能，同时具有良好的化学稳定性。 申请人前期利用来源于植物纤维素的羧甲基纤维素(CMC)制备得到的PANI-CMC复合物 对于水中的阴离子和阳离子染料均表现出较好的吸附去除性能，并可在较宽的pH值范围 (3～11)发挥良好的吸附性能。

磁性Fe₃O₄具有良好的环境相容性，并可在一定条件下具有催化功能，同时其具有 的磁性可方便材料使用后的回收利用。与沉淀、过滤、离心等传统方法相比，磁分离更 为快速有效，因此带有磁性的环境净化材料在水处理领域有着良好的应用前景。

有报道采用化学氧化法制备得到氧化铁、磁性Fe₃O₄或纳米Fe₃O₄与聚苯胺的复合物， 并将其做为吸附剂，用来吸附水中的某些染料。AhmadR和KumarR的研究表明，PANI- 氧化铁吸附剂对阳离子型染料无吸附效果，对水中含磺酸基的偶氮染料(AmidoBlack 10B)在较低pH值有吸附效果。WangY等人制备的Fe₃O₄/聚苯胺可以吸附近中性(pH～ 6)的水中含磺酸基的偶氮染料甲基橙，但平衡吸附容量相对较低，借助于超声技术可进 一步实现该染料的降解。ZhaoY等人利用纳米Fe₃O₄对碳纳米管进行修饰后，采用聚苯 胺进行改性，借助于MWCNTs优异的吸附性能及PANI中含氮官能团的综合作用，制备 得到的MWCNTs/Fe₃O₄/PANI对水中含磺酸基的染料甲基橙和刚果红具有良好的吸附效 果。但是碳纳米管及纳米Fe₃O₄的价格限制了其在工业水处理中的应用。

发明内容

本发明提供一种环境友好的仿酶催化制备多功能材料PANI-CMC-Fe₃O₄复合材料的 方法，并将其应用于染料废水的吸附及催化降解的处理。

一种多功能材料PANI-CMC-Fe₃O₄，通过以下步骤制备：

在缓冲体系中，按比例投加苯胺、氯化高铁血红素(Hemin)、CMC以及磁性Fe₃O₄， 使其分散均匀；在15℃～45℃、不断搅拌情况下，每隔15-20min向体系中加入一定量的 H₂O₂；继续反应0.5h以上，向体系中加入一定量的盐酸，密封继续反应30min以上，静 置一段时间，用水和乙醇洗涤产物，并将产物在40～60℃干燥，研磨后得到粉末状产品。

上述反应中，缓冲体系选自乙酸-乙酸钠、柠檬酸-柠檬酸钠中的一种，pH值范围为 3～6；苯胺、Hemin、CMC以及磁性Fe₃O₄的质量比为1:0.01:0.5:0.2～0.8；苯胺、H₂O₂和盐酸的摩尔比为1:0.15～1.5:6～30；静置时间为10～20h。

上述多功能材料PANI-CMC-Fe₃O₄在印染废水处理中的应用。

本发明的优点在于：(1)仿生催化制备多功能PANI-CMC-Fe₃O₄复合材料过程绿色 环保，反应条件温和，室温下即可进行；(2)生物分子CMC和磁性Fe₃O₄为材料提供了 良好的吸附性能、催化降解性能及磁分离性能，既可作为良好的吸附剂使用，也可在吸 附的同时，通过添加过氧化氢，在较宽的初始pH条件下实现染料等有机物的催化氧化。

附图说明