[发明专利]一种聚吡咯改性磁性纳米复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于功能高分子材料技术领域。聚吡咯改性磁性纳米复合材料的制备方法包括CoFe₂O₄(四氧二铁酸钴)粉末、包覆二氧化硅、配置聚合反应体系、自由基聚合和后处理。水中污染物的去除方法是在pH在2～10的含污染物溶液中加入所述聚吡咯改性磁性纳米复合材料，在常温下震荡2‑8h后，置于外界磁场中，利用外界磁场对聚吡咯改性磁性纳米复合材料进行磁化后与溶液进行分离。本发明提供技术方法制备的复合材料比表面积高、吸附容量大、具有高效的复合吸附剂特征、制备简单、易于操作、无二次污染并且具有良好的可再生循环利用能力。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种聚吡咯改性磁性纳米复合材料的制备方法和应用。

背景技术

水是生命之源，是人类社会得以发展的重要物质资源之一，人类的生产生活都离不开水。随着我国工业化的迅速发展，加之技术与管理水平较低，工业废水排放量越来越大，水污染问题日趋严重，严重的危害着人类的健康与生命安全。

工业废水来源广泛，常来源于冶金，采矿，印染等行业。其含有的污染物质种类繁多，重金属便是其中最常见，又最难以处理的污染物质之一。重金属不易被生物体分解，通过食物链等方式进入人体后，轻者将引起头痛、头晕、失眠、关节疼痛等症状，重者将对人体消化系统、泌尿系统、神经系统等造成严重损害。例如，常见的几种重金属中，铬会导致急性肾衰竭；镉会引起出血性肠胃炎，肝、肾坏死等；食入大量的铜会引起严重的恶心、呕吐、吐血等症状，严重者会有肝炎、低血压、昏迷、溶血、急性肾衰竭，甚至死亡。工业废水中重金属的存在形态多变，这也决定了重金属难处理的特性。

汞，是一种毒性极强的重金属，具有持久性、易迁移性、高挥发性和高度的生物富集性。汞在水中主要以Hg²⁺的形式存在，进入人体后将影响人的中枢神经系统、生殖系统、视网膜神经系统，内脏等，造成人的神经衰弱综合症、不孕不育、肾衰竭、视力下降等，对人的身体造成严重的不可逆性损伤。

针对日益严峻的重金属污染问题，研究人员进行了大量的实验工作，研究出各种卓有成效的物理或化学方法用以解决水体重金属污染问题，常见的有生物法、化学沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法等。其中，吸附法具有成本低、不易造成二次污染、去除效率高等优点，因此在实际工程中得到广泛应用。常规的吸附材料如活性炭、粘土、纤维素等，对某些重金属的吸附效率低，且缺乏特异性，限制了此类材料的开发空间。

纳米材料，是一种新兴的水处理吸附剂，在重金属去除领域已经展现出巨大的应用潜力和研究价值。纳米颗粒往往具有较大的比表面积，每克固体的比表面积能达到几百甚至上千平方米，这使得它们可作为高活性的吸附剂。然而，普通纳米吸附剂因其纳米级的尺寸很难从溶液中分离出来，材料的利用率不高，并可能会对环境造成二次污染。

磁性纳米材料，依据其自身具有磁性的优异物理性能，在保留普通纳米材料优异性能的同时，又解决了其难分离的难题，为实现材料的重复利用提供了可能，是一种经济环保的重金属吸附材料。

Esmail Mahmoudi等通过沉淀法合成核壳式Fe₃O₄/NiO纳米复合材料，并研究了其对水中Cr(VI)的吸附性能，其最高吸附容量达到6.88mg/g，吸附性能不够理想。

Abin Sebastian等使用氯化铁溶液和椰子壳提取物，合成半晶体Fe₃O₄纳米颗粒，并将其对Cr(VI)进行吸附实验，吸附容量达到9.6mg/g，吸附性能较弱。