[發明專利]一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料、及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210187619.2
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114538557B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 趙飛平;閔小波;柴飛;柴立元;楊衛春;梁彥杰;彭聰;劉恢;唐崇儉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;C02F1/28;C02F1/48;C02F1/70;C02F1/72;C02F101/10;C02F103/06
• 代理公司: 長沙知行亦創知識產權代理事務所(普通合伙) 43240
• 代理人: 嚴理佳

本發明提供了一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料、及其制備方法和應用，利用納米零價鐵修復砷污染的地下水是一種有效的技術，但納米零價鐵的快速和嚴重聚集限制了其實際應用，而纖維素納米晶的除砷效果也較差。因此，本發明受貽貝的粘性蛋白質啟發，利用多巴胺的自聚性，將納米零價鐵固定在多巴胺改性的纖維素納米晶表面，作為一種有效的地下水修復材料。實施例結果表明，本發明的對As(III)As(V)的最大吸附容量分別為300.81mg/g，和297.40mg/g，與纖維素納米晶和純納米零價鐵相比，本發明提供的材料是一種經濟且有應用前景的地下水砷污染修復材料。

技術領域

本發明涉及水處理領域，尤其涉及一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料、及其制備方法和應用。

背景技術

地下水砷(As)污染是一個世界性的環境問題，由于其對全球人類健康的不利影響而引起廣泛關注。砷在水環境中主要以兩種無機化合物形式存在，即亞砷酸鹽(As(III))和砷酸鹽(As(V))。重要的是，與As (V)相比，As(III)的毒性大約是As(V)的60倍。研究表明，長期接觸砷污染的水會對身體和心理產生有害影響，如皮膚損傷、膀胱癌、肝癌、腎癌、鼻腔癌，甚至在極端情況下會導致死亡。

在過去的二十年中，納米零價鐵(nZVI)因其成本低、反應活性高、易獲得和還原性強等特點被廣泛的應用于修復污染水體，是地下水和工業水修復的高效反應介質材料。遺憾的是，由于表面鈍化層的形成和不必要的析氫反應， nZVI存在一些限制，如其顆粒易團聚沉淀、快速失活和電子利用率低，這縮短了其反應壽命，并顯著抑制了其在地下水修復中的應用。此外，在水中直接使用nZVI會產生二次污染，因為納米顆粒本身被認為是一類新興的污染物。

為解決上述問題，現有技術中，公開了例如使用傳統高分子羧甲基纖維素鈉(CMC)修飾nZVI。實驗證明：CMC修飾的nZVI顆粒(CMC-nZVI)在水環境中雖具有一定的分散性和提升nZVI對Cr(VI)去除率的效果，但由于傳統 CMC的緩釋效果不明顯和一步法合成的局限性，導致CMC-nZVI仍具有明顯的團聚現象、吸附容量低、吸附速率慢和負載量低等缺點。更嚴重的是，在有些復合材料合成過程中添加有毒交聯劑如環氧氯丙烷等有機物質存在二次污染問題，限制了其進一步的廣泛應用。

鑒于此，有必要提供一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料、及其制備方法和應用，以解決或至少緩解上述現有材料對砷的去除效率低和地下水修復困難等問題。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料、及其制備方法和應用，旨在解決或至少緩解上述現有材料對砷的去除效率低和地下水修復困難等問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料，包括多巴胺改性的纖維素納米晶和納米零價鐵，所述納米零價鐵均勻地負載于所述多巴胺改性的纖維素納米晶上；

其中，nZVI被固定在聚多巴胺包覆的纖維素納米晶(CNCs-PDA-nZVI) 表面，nZVI的引入有望顯著提高CNCs的除砷性能，而CNCs賦予nZVI超高分散性。

進一步地，所述納米零價鐵(nZVI)包括氧化鈍化層，其中，所述氧化鈍化層由鐵的氫氧化物形成。

進一步地，所述復合材料用于地下水砷污染修復。

本發明還提供一種纖維素納米晶負載納米零價鐵復合材料的制備方法，包括步驟：

S1，將纖維素納米晶與緩沖溶液混合后，加入多巴胺，然后進行避光反應，得避光反應后的產物；

S2，對所述避光反應后的產物依次進行洗滌和干燥的操作，得多巴胺改性的纖維素納米晶(CNCs-PDA)；

S3，將所述多巴胺改性的纖維素納米晶分散至水溶液中，然后在進行攪拌并通入氮氣的條件下，加入亞鐵鹽溶液，得纖維素納米晶-亞鐵鹽混合液；