[發明專利]一種基于重金屬污染廢水修復的硫化納米鐵改性復合材料的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110511680.3
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113292130A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 湯春芳;黎艷;許浩;胡新將;胡熙;高夢夕;徐欣宇;張雪菲
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;B01J20/24;B01J20/30;C02F101/20
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 張敏

本發明涉及一種基于重金屬污染廢水修復的硫化納米鐵改性復合材料的制備方法及應用，該硫化納米鐵改性復合材料以香蒲為原材料，具體的制備步驟為：將香蒲烘干打磨過篩，加入H₃PO₄溶液，置于馬弗爐中煅燒，再浸泡于HCl溶液中，過濾、烘干研磨得到生物炭；在持續通入氮氣的條件下將殼聚糖溶解于HNO₃溶液中，加入生物炭，再加入FeSO₄·7H₂O溶液中，攪拌均勻；再逐滴加入NaBH₄和Na₂S混合溶液，充分攪拌均勻后用磁鐵收集，離心后干燥得到硫化納米鐵改性復合材料。該復合材料制備工藝簡便、成本低廉；該復合材料對水體中的二價鎘離子具有良好的去除效果，去除量較大。本發明可用于冶煉、電鍍、金屬加工制造等產生的重金屬污染水體的修復。

技術領域

本發明涉及納米新材料和水環境修復領域，具體涉及一種基于重金屬污染廢水修復的硫化納米鐵改性復合材料的制備方法及應用。

背景技術

聯合國環境規劃署提出的12種具有全球性意義的危險化學物質中，鎘(Cd)位于首位。水體中的Cd來源于礦采、金屬冶煉和電鍍等行業，Cd可通過食物鏈在生物體內富集，抑制某些植物生長，損害人體神經系統和消化系統，對人類健康安全造成嚴重威脅。因此，迫切尋求一種高效低能的方法修復水體Cd污染。常用去除水體Cd污染的方法有離子交換法、化學沉淀法、生物去除技術、膜分離和吸附法等。

隨著納米技術的發展，納米零價鐵(nZVI)具粒徑小、高反應活性和高比表面積優勢，對多種污染物如重金屬、有機物等具有較強的去除效果，在環境污染物處理體系中具有優異的應用前景。然而，細小尺寸的nZVI顆粒在水溶液中不穩定，易團聚、易鈍化的特性限制了其在水污染修復中的實際應用。生物炭因制作簡便、來源廣泛、成本低廉，并具有較大比表面積、孔隙度和豐富的官能團，常被用于分散nZVI顆粒。國內外研究人員還用了其它方法改性nZVI，多用連二亞硫酸鈉、羥甲基纖維素和黃原膠等減少nZVI鈍化或增強穩定性。但這些改性方法穩定劑用量多、成本高昂，且難以同時提高nZVI的反應活性和保存持久性，不適合運用于實際工程生產中。

發明內容

本發明的目的就在于針對現有重金屬污染水體修復技術存在的問題，開發一種高效、經濟的可用于去除水體Cd污染的硫化納米鐵改性復合材料。

本發明提出一種硫化納米鐵改性復合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將香蒲洗凈烘干，打磨過篩，稱取1-20g香蒲放在坩堝中，加入體積分數為20％-70％的H₃PO₄溶液，攪拌均勻并靜置12-32h，然后置于馬弗爐中150-550℃無氧煅燒0.5-2h，再浸泡于體積分數為2％-20％的HCl溶液中15-45min，真空抽濾、烘干研磨過篩，得到生物炭；

(2)將0.1-10g殼聚糖溶解于0.01-1M的HNO₃溶液中，取30-100mL殼聚糖溶液放入三口燒瓶，再加入0.1-10g生物炭和0.02-1M的FeSO₄·7H₂O溶液，攪拌3-10min使其混合均勻；

(3)往步驟(2)中混合后的溶液中逐滴加入50-500mL含有0.5-1M的NaBH₄和適量的Na₂S(S/Fe摩爾比為0.1-0.7)混合溶液，滴加完成后，再充分攪拌10-60min，此反應皆在充入氮氣的條件下進行；

(4)用磁鐵收集得到的黑色顆粒，并用超純水和無水乙醇多次洗滌，離心分離，真空干燥保存。

本發明還提供一種上述的硫化納米鐵改性復合材料應用于去除廢水中二價鎘離子的方法，包括以下步驟：