[發明專利]一種具有一維核殼結構的載碳磁性纖維材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201310498905.1
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103495398A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 賈志剛;楊路路;劉建紅;王秋澤;諸榮孫
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明涉及水處理領域，尤其是含六價鉻離子的水處理，特別涉及一種去除水體六價鉻的碳基磁性纖維材料及其制備方法。

背景技術

近年來，對含六價鉻廢水的處理成為環境工作者關注的熱點問題。鉻在工業生產中是一種被廣泛使用的重金屬。電鍍、印染及鉻鹽化工生產等均是含鉻廢水的主要來源。水體中重金屬鉻通常以Cr(III)和Cr(VI)兩種價形態存在，其中Cr(VI)毒性最大，是美國EPA確認的129種危險污染物之一。Cr(VI)具有良好的水溶性、強氧化性及易遷移性，可穿透生物膜并通過生物鏈進行富集傳遞，對人體有致癌、致畸、致突變的危害，對自然環境也具有嚴重的破壞作用，是當前最為嚴重的環境公害之一。

用于處理含鉻廢水的主要方法包括沉淀法、化學還原法、離子交換法、電化學法以及吸附法等。其中吸附法被認為是最具應用前景的治理方法，而吸附材料是吸附法處理含鉻廢水的關鍵。用于含鉻廢水處理的吸附材料主要有活性炭、高分子吸附劑、生物材料吸附劑和工業固體廢棄物等。但這些材料存在或處理容量小、效率低下，或再生性差、成本高等缺陷，此外，吸附材料與處理母液的分離困難，操作繁瑣且成本高。

生物吸附材料或工業固體廢棄物雖本身成本較低、但要達到良好的六價鉻去除效果，往往需要特定的處理工藝。如文獻“Journal?of?Colloid?and?Interface?Science?349?(2010)?256–264”?提出利用小麥廢棄物去除水體六價鉻，但需要對小麥廢棄物采用環氧氯丙烷、二亞乙基三胺、三乙胺硼烷等在特定的條件下修飾；專利CN102380355B公布的生物質材料以蛋殼膜（ESM）為六價鉻的解毒吸附劑,但需用聚乙烯亞胺（PEI）改性，增加了處理成本；文獻“Journal?of?Hazardous?Materials?150?(2008)?446–452”、“?Chemical?Engineering?Journal?184?(2012)?238–247”中用未經處理的生物材料稻草、花生殼雖然處理六價鉻，雖然吸附材料成本低廉，但其去除容量低，處理中吸附材料消耗量大，難以在實踐中推廣應用。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提出一種制備成本低廉、水體六價鉻處理效果好、分離回收方便的載碳磁性纖維材料的制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明是通過以下技術方案予以實現的。

本發明提供了一種具有一維核殼結構的載碳磁性纖維材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）制備草酸鐵鈷納米纖維

將可溶性鈷鹽、二價鐵鹽的乙二醇-水溶液與草酸或草酸鹽的乙二醇-水溶液在反應器中混合后密封靜置，所述可溶性鈷鹽與二價鐵鹽的物質量之比為1:2，金屬陽離子（可溶性鈷鹽和二價鐵鹽）與陰離子（草酸根離子）物質量之比為1:1～3，反應溫度為100～200℃，靜置時間為10～24h，之后冷卻至室溫，然后將料液抽濾干燥后制得草酸鐵鈷納米纖維；

（2）制備鐵酸鈷納米纖維

將步驟（1）中所得的草酸鐵鈷納米纖維在空氣氣氛下煅燒，采用程序升溫法：靜態空氣氣氛，煅燒溫度300～500℃，升溫速率1～5℃/min，煅燒時間2～4h，可得鐵酸鈷納米纖維；

（3）制備載碳鐵酸鈷纖維磁性材料

將步驟（2）中所得的鐵酸鈷納米纖維在可溶性淀粉水溶液中水熱處理，所述鐵酸鈷納米纖維與可溶性淀粉質量比為1:1～10，水熱活化時間10～24h，活化溫度為160℃～200℃，待冷卻至室溫后，磁性分離、洗滌、干燥，可得目標產物：載碳鐵酸鈷纖維磁性材料。

進一步的，所述步驟（1）中的可溶性二價鐵鹽為硫酸亞鐵銨或硫酸亞鐵；所述的可溶性鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷或硝酸鈷；所述的草酸鹽為草酸、草酸鈉或草酸鉀。

進一步的，所述步驟（1）乙二醇-水溶液中乙二醇與水的體積比為3:1。

本發明制備方法得到的載碳磁性纖維材料可以應用于去除水體六價鉻。

進一步的，上述載碳磁性纖維材料25℃時對水體六價鉻的最佳去除時間為25～35?h。

本發明的纖維磁性復合材料對水體中六價鉻去除機理如下：生物質-可溶性淀粉碳化后均勻涂布于鐵酸鈷磁性纖維表面，且其水熱碳化在表面富含羥基、羧基基團，這些基團在特定pH條件下可通過靜電相互作用、離子交換以及由于重鉻酸根離子的強氧化性而產生的還原等方式，達到去除水體六價鉻污染物、凈化水體的目的。

與現有技術相比，本發明具有的有益技術效果是：