[發明專利]一種生物質除砷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910109559.0
• 申請日: 2019-02-11
• 公開（公告）號: CN109692667A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 劉慧;李萍萍;邱鳳仙;張濤;俞漢強;蔣蘇丹
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

本發明公開了一種生物質除砷材料及其制備方法，以生物質纖維為基底，除砷活性組分零價鐵為中間層、二氧化硅為保護層，零價鐵在生物質纖維表面呈陣列分布，二氧化硅包覆在零價鐵表面。本發明材料中生物質纖維的直徑為5～30μm，納米零價鐵的粒徑為10～100nm，二氧化硅層的厚度為20～200nm；其中所述的生物質纖維與納米零價鐵的質量比為10～1:1，二氧化硅層與納米零價鐵的質量比為0.5～1:1。本發明能提高水體中砷的去除率、降低成本、減少對環境的污染，是一種很有發展前途的生物質新材料，具有潛在的經濟效益、社會效益和環保效益，可應用于去除水體中的砷。

技術領域

本發明涉及一種生物質除砷材料及其制備方法，屬于生物質材料制備技術領域。

背景技術

砷是一種有毒的環境污染物，通過含砷金屬的開采和冶煉、煤的燃燒、含砷農藥的施用、玻璃、顏料、紙張的制造等方式向環境釋放。砷一般是以三價砷和五價砷的形式存在，三價砷往往比其他砷化合物毒性更強，一旦釋放到周圍環境中，不僅污染水、空氣和土壤，而且會通過食物鏈富集，對人體健康構成巨大的威脅。目前，砷和無機砷化合物已被列入國際癌癥研究機構(ARC)發布的致癌物名單中，因此在廢水處理前必須將其去除。常用的去除砷的方法有物理法、化學法和生物法三種。物理方法是通過物理吸附將具有較強吸附功能的混凝劑加入污水中，將砷轉化為沉淀，再通過過濾等手段從水中分離出來，但這種方法通常需要大量的混凝劑，吸附效率較低。相比之下，生物法是一種修復效果較好的技術，蜈蚣草目前已經應用于從土壤中吸附砷，但吸附周期一般為一年左右，時間較長。化學法是治理砷污染的最佳方法之一，它利用吸附劑與污染物的氧化還原反應，以其周期短、效率高、經濟的優點達到吸附效果。傳統吸附劑有活性炭、沸石、稻殼、葡萄莖、殼聚糖、碳納米管、二氧化鈦納米管等。

納米零價鐵由于其體積小、磁性強、粒子間相互作用強、生產成本低等特點，成為應用最廣泛的納米顆粒，同時也易團聚，使其表面活性性能顯著降低。而生物質纖維，是世界上最豐富的天然高分子化合物，具有獨特的性質和結構。纖維素作為生物質纖維的最重要的組件之一，由于其成本低、無毒無害、含有大量羥基而廣泛應用于納米級材料的的基體，在此基礎上，以棉花為基材，使納米零價鐵在其表面呈陣列分布，又因納米零價鐵暴露在空氣中易于氧化，而多孔二氧化硅具有重量輕、化學性能穩定的特點，在制備過程中可以很容易地涂覆在納米零價鐵表面。

現有技術對水體中砷的去除采用的有物理法和生物法，但是物理法去除效率低，生物法周期長，相較而言，化學法具有效率高、周期短、經濟的優點，本發明基于化學法制備生物質除砷材料，有效的解決了物理法和生物法遇到的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生物質除砷材料及其制備方法，以提高水體中砷的去除率、降低成本、減少對環境的污染。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下：

一種生物質除砷材料，其特征在于：以生物質纖維為基底、以除砷活性組分零價鐵為中間層、以二氧化硅為保護層，納米零價鐵在生物質纖維表面呈陣列分布，二氧化硅包覆在納米零價鐵表面，以有效去除水體中的砷。

所述的生物質纖維的直徑為5～30μm，納米零價鐵的粒徑為10～100nm，二氧化硅層的厚度為20～200nm；所述的生物質纖維與納米零價鐵的質量比為10～1:1，二氧化硅層與納米零價鐵的質量比為0.5～1:1。

一種生物質除砷材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，按NaNO₃溶液和FeCl₃溶液的溶質摩爾比為5～15：1計，將混合溶液和生物質纖維通過超聲處理使其分散均勻后，移至反應釜中，在80～120℃下反應10～15h后，冷卻、過濾，再用去離子水和無水酒精分別洗滌3～6次，得到負載了羥基氧化鐵的生物質纖維固體；