[发明专利]用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，所述重金属离子为重金属废水中的，本发明提供的复合材料由针铁矿、羧基化纤维素纳米晶通过水热法复合而成，解决了针铁矿易团聚和纤维素纳米晶分离困难等问题，并提高了对重金属离子得吸附能力。通过该制备方法所获得的复合材料对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)等重金属离子均有较高的吸附容量、较快的吸附速率。本发明方法所用的原料价廉易得，制备工艺简单，条件温和，所制备的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料是一种性能优良、成本低的重金属吸附剂，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能新材料和重金属废水处理技术领域，具体涉及用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法。

背景技术

近年来矿物资源开发、电镀、金属加工与冶炼、制革、化肥生产等工业产生的废水的排放以及农业活动中化肥、农药的施用导致大量重金属释放到环境中，加剧了水体重金属污染。重金属具有毒性强、不可生物降解等特点，一旦进入水体将导致水生态系统的长期污染，且能够通过能够通过饮水和食物链进入人体和其他生命有机体中累积，对人体健康和生态环境造成不可逆转的危害，例如镉(Cd)已被证实与骨痛病、心肌梗死、高血压等的发病机制有关，砷(As)会导致皮肤癌、心血管及呼吸系统疾病等，铅(Pb)与厌食症、学习障碍等疾病的引发有关。因此从水和废水中去除有毒重金属离子是保护公众健康和环境的一项重要任务。

吸附法操作简便，是一种经济高效且发展较成熟的重金属废水处理方法。铁基材料如Fe⁰，FeOOH，Fe₂O₃，FeS等已被广泛应用于重金属废水处理。铁氧化物表面积大、反应性强，对重金属有很强的去除能力，尤其针铁矿(α-FeOOH)是土壤/沉积物中普遍存在的一种天然矿物，相对稳定，成本低，具有高比表面积和大量的羟基，对重金属离子具有较强的吸附能力。然而，单一针铁矿颗粒细小，在水溶液中容易团聚而使其表面活性降低，吸附性能减弱，在一定程度上限制了其应用。

纤维素是自然界中最为丰富的天然高分子材料，具有可生物降解、无毒、易改性、可再生等优点，在生物医药、能源、环境等领域有较好的应用前景。纳米纤维素是通过化学水解、机械破碎、酶解法等方法从纤维素原料中提取出来的，其中纤维素纳米晶结晶度较高，具有较强的刚性、化学稳定性及热稳定性。然而，现有技术中的纤维素纳米晶尺寸小，在水中分散性高，去除污水中的重金属的反应完成后将其分离出来较困难。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种水热法合成针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料，解决针铁矿的团聚和纤维素纳米晶分离困难的问题，并将其应用于吸附废水中的重金属离子。本发明所制得的复合材料对重金属离子有较高的吸附容量、较快的吸附速率。

本发明提供如下技术方案：用于去除重金属离子的针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在室温下，将32.5g的3.2wt％的羧基化纤维素纳米晶分散在67.5g的去离子水中，磁力搅拌20min，形成1wt％的羧基化纤维素纳米晶分散液；

(2)向所述步骤(1)得到的分散液中加入Fe(NO₃)₃·9H₂O，室温下磁力搅拌8h，得到Fe³⁺/羧基化纤维素纳米晶络合混合液；

(3)边搅拌边向所述步骤(2)得到的混合液中加入浓度为5M的NaOH溶液调节混合液的pH，继续搅拌30s；

(4)将所述步骤(3)中得到的混合液转移到水热反应釜中密闭，置于烘箱内进行水热反应，反应结束后洗涤所得产物，置于真空干燥箱中50℃中烘干12h，最终得到所述针铁矿/羧基化纤维素纳米晶复合材料。

进一步地，所述步骤(2)中加入的Fe(NO₃)₃·9H₂O质量为0～10g。