一種處理重金屬污染水體的納米鐵/介孔硅復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水污染控制領(lǐng)域，涉及一種處理重金屬污染水體的納米鐵/介孔硅復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，城市中未經(jīng)完善處理的工業(yè)廢水和生活污水排入水體，造成部分水體持續(xù)性污染，使得水體中的重金屬污染十分嚴(yán)重。這些重金屬污染水體中含有多種重金屬污染物，多為對生物體有毒有害的污染物，一方面造成了生態(tài)系統(tǒng)的破壞，另一方面甚至有致畸，致癌和可疑致癌的作用，對人體健康危害極大。
[0003]目前處理重金屬污染的技術(shù)有很多，比如傳統(tǒng)化學(xué)試劑沉淀法、吸附法、離子交換法、膜分離法以及生物法等，但是傳統(tǒng)的技術(shù)去除水體重金屬所需要的時間往往較長，所需的占地面積與投資成本往往較大。
[0004]納米鐵技術(shù)是一種新興的高效處理技術(shù)，納米鐵具有很強(qiáng)的還原性，可以通過化學(xué)還原作用處理重金屬，實現(xiàn)對污染物的化學(xué)降解，同時，納米鐵由于具有很大的比表面積，也具有很好的物理吸附效果?；瘜W(xué)降解和物理吸附進(jìn)行互補(bǔ)，使得納米鐵成為處理重金屬污染水體很好的材料。然而，單獨使用納米鐵材料處理污染水體存在一些的缺陷，由于納米鐵材料粒徑小，其在使用過程中很容易流失，同時由于表面張力等影響，納米鐵顆粒在反應(yīng)體系中很容易發(fā)生團(tuán)聚且在體系中不易分散，這些缺陷都導(dǎo)致了納米鐵材料在實際使用中的效率和反應(yīng)活性的降低。
[0005]針對這些問題，本發(fā)明開發(fā)了一種新型的納米鐵/介孔硅復(fù)合材料。首先合成改性的介孔硅材料，再將鐵離子通過浸漬的方法分散在介孔硅材料的表面和孔道中，然后引入硼氫化鈉作還原劑，將鐵離子還原成零價的納米鐵，從而實現(xiàn)化學(xué)還原法制備納米鐵/介孔娃納米復(fù)合材料。
[0006]相比于單獨的納米鐵材料，本發(fā)明所制得的納米鐵/介孔娃復(fù)合材料顆粒較大不容易流失；通過對介孔硅材料的氨基改性，使納米鐵/介孔硅復(fù)合材料具有很好的親水性，能夠很好地分散在重金屬污染水體中；介孔硅材料具有合適的孔道結(jié)構(gòu)，可以作為納米鐵材料很好的載體，通過納米鐵在介孔硅材料上的負(fù)載，解決了納米鐵在水中的團(tuán)聚問題；另外介孔硅材料本身和用于改性作用的氨基也具有一定的物理吸附作用，進(jìn)一步提升了納米鐵/介孔硅復(fù)合材料對于重金屬污染水體的處理效果；處理過后的復(fù)合材料易回收，經(jīng)過簡便清洗之后可進(jìn)行重復(fù)使用，仍具有較好的處理效果。與其他重金屬污染水的處理方法相比，本發(fā)明開發(fā)新型的納米鐵/介孔硅復(fù)合材料操作簡便，具有更好的處理效果，可廣泛應(yīng)用于重金屬污染水體中多種重金屬污染物的去除和修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有重金屬污染水處理上存在的不足，提供一種處理重金屬污染水體的復(fù)合材料的制備方法，此方法利用介孔硅作為載體，增強(qiáng)了介孔硅材料中納米鐵的均勻性，分散性和抗氧化性，與傳統(tǒng)處理方法相比，去除效率更高，操作更為簡便。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提出一種處理重金屬污染水體的納米鐵/介孔硅復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
(1)介孔材料的制備:將十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、水、甲醇和氫氧化鈉加入到圓底燒瓶中，置入攪拌器，攪拌30min后，第一次滴加正硅酸甲酯(TM0S)，繼續(xù)攪拌1.5h，第二次滴加正硅酸甲酯(TM0S)和3-氨丙基三甲氧基硅烷組成的混合液，攪拌10h，陳化24小時，過濾，用水洗滌數(shù)遍，乙醇淋洗，干燥；
(2)鐵離子在載體中的預(yù)分散:將步驟(1)所制得的介孔材料和鐵源溶液加入到燒杯中，超聲儀輔助混勻2min，將混合物于烘干機(jī)50°C下蒸發(fā)24h，再于110°C下干燥2h，冷卻至室溫；所述鐵源溶液為FeCl3，所述鐵源溶液中FeCl3固體用乙醇溶解，F(xiàn)eCl 3與乙醇的質(zhì)量體積比為6mg: lmL，F(xiàn)eCl3* Fe的質(zhì)量與介孔材料的質(zhì)量比即納米鐵的負(fù)載量為2.5%—10% ；
(3)復(fù)合材料的合成:在氮氣保護(hù)條件下，將NaBH4S液在攪拌狀態(tài)下滴加至步驟(2 )所得干燥的混合物中，攪拌30min ;所述NaBH4用乙醇溶解，濃度為0.5mol/L-0.9mol/L，所加入的量大于六水氯化鐵質(zhì)量的二分之一；
(4)干燥處理:將步驟(3)所得產(chǎn)物離心，乙醇和無氧水各洗3次后，冷凍干燥，制得納米鐵/介孔娃復(fù)合材料。
[0009]本發(fā)明中，步驟(1)中第一次滴加的正硅酸甲酯中所含硅源占CTAC摩爾數(shù)的5%，第二次滴加的TM0S所含硅源占CTAC摩爾數(shù)的1%，3-氨丙基三甲氧基硅烷所含硅源占CTAC摩爾數(shù)的4%。
[0010]本發(fā)明中，步驟(1)中滴加速度為5ml/min。
[0011]本發(fā)明中，步驟(3)中所述攪拌的轉(zhuǎn)速為500r-1000r/min，溫度為15°C -20°C，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6000-8000r/mino
[0012]本發(fā)明中，步驟(4)中所述的冷凍干燥冷凝溫度為-60°c，真空度<20Pa，冷凍干燥機(jī)電源要求為220V，50Hz，850W。
[0013]本發(fā)明與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明通過將納米鐵負(fù)載在介孔硅材料上形成納米鐵/介孔硅復(fù)合材料，具有吸附，催化，還原反應(yīng)等性能，對重金屬污染水體進(jìn)行處理，很好的解決了納米鐵在單獨處理重金屬污染水體過程中存在的團(tuán)聚問題和分散問題。
[0014]本發(fā)明制備出的復(fù)合材料具有形狀規(guī)則，其均勻多孔和比表面積大的特點，使納米零價鐵能夠良好地負(fù)載在介孔硅表面，解決了納米鐵在水處理過程中易團(tuán)聚的問題；氨基改性后的介孔硅材料具有的親水性外殼使復(fù)合材料能夠均勻地分散在水中，對重金屬水體的處理有更好的效果。
[0015]本發(fā)明采用介孔硅材料作為載體，介孔硅材料具備良好的孔道結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)，納米鐵易于分散在載體表面與孔道結(jié)構(gòu)中，同時介孔硅本身具備一定的吸附性能，對重金屬污染水的處理有一定的輔助作用。
[0016]本發(fā)明通過對介孔娃材料的氨基改性，使納米鐵/介孔娃復(fù)合材料具備良好的親水性，能夠良好地分散在水中，很好的解決了納米鐵在單獨處理重金屬水體過程中不能均勻分散的問題。同時，氨基也具有一定的吸附重金屬的性能，故復(fù)合材料對重金屬污染水的處理具有更好的效果。
[0017]該納米復(fù)合材料對于重金屬污染水體的處理工藝操作簡單，且處理過后易于回收，簡單處理后具有重復(fù)使用性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明復(fù)合材料的TEM圖；
圖2為本發(fā)明復(fù)合材料的XRD圖；
圖3為本發(fā)明復(fù)合材料的SEM圖；
圖4為單獨納米鐵，單獨介孔娃與納米鐵/介孔娃復(fù)合材料對Ni2+去除效率的對比；
圖5為溫度對復(fù)合材料去除Ni2+效率的對比；
圖6為PH對復(fù)合材料去除Ni2+效率的對比；
圖7為復(fù)合材料重復(fù)利用去除Ni2+效率的對比；
圖8為復(fù)合材料對As3+與As 5+混合溶液去除效率的對比；
圖9為復(fù)合材料對As3+，Cd2+，Pb2+混合溶液去除效率的對比。
【具體實施方式】
[0019]以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020]下列實施例中的鎳溶液可以采用六水氯化鎳進(jìn)行制備，也可以采用硫酸鎳等其他鎳溶液。Ni2+溶液的制備方法為，取40.34mg六水氯化鎳溶于無氧水中，待溶解后定容至1L容量瓶，作為Ni2+儲備溶液。
[0021]下列實施例中的砷溶液的配制采用三氧化二砷，