[发明专利]介孔铁酸锌及其制备方法和由其制备的磁性碳纳米管

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种介孔铁酸锌的制备方法，应用介孔铁酸锌制备磁性碳纳米管的方法、磁性碳纳米管在水处理中的应用以及磁性碳纳米管再生方法。

背景技术

由于持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants, POPs）的长期残留性、生物积蓄性、半挥发性和高毒性，一般具有三致(致癌、致崎、致突变)或内分泌干扰性质等特殊毒性，且其毒性阈值很低，对人体和动物健康会造成不可逆转的严重危害，因此水中持久性有机污染物的去除一直是全球环境保护的亟需解决的问题。目前，世界各地各种环境介质都普遍受到持久性有机污染物的污染，尤其是具有内分泌干扰性质的持久性有机污染物(Endocrine disrupting chemicals，EDCs)。内分泌干扰物由于介入生物体内荷尔蒙的合成、分泌、体内输送、结合、作用或分解，从而影响生物体的正常性维持，危害生殖、发育或行为的外源性物质。内分泌干扰物对人体健康也造成了巨大的危害，特别是对人类生殖系统的影响尤为严重，是诱发生殖障碍、发育异常、癌症等病变的主要原因。此外，EDCs 毒性的潜伏性也可能对后代造成严重的影响。尽管其在环境中的浓度一般较低，但其对生态环境的影响以及对人类、动物健康的威胁越来越受到国内外环保界的重视。

目前，水中EDCs 的处理方法有多种，主要可分为物理法、化学法、生物法以及包含多种处理单元的联合处理法。生物法主要是指利用从自然界筛选得到的或人工改造得到的细菌、真菌等微生物来对 BPA 进行生物降解的方法。生物法处理EDCs具有处理费用低、处理量大、降解彻底等优点。日本学者 Kang 等2002 年分离出了两株假单孢菌属双酚 A (BPA)的高效降解菌，降解率高达 90%。但其缺点在于：其筛选育种比较麻烦，处理过程中受环境因素影响大，处理时间也比较长。化学法主要是指通过使用化学试剂、催化剂，并通过发生化学反应使 BPA 氧化降解的方法，主要包括氯氧化法、Fenton 氧化处理法、H₂O₂氧化法、二氧化锰氧化法、光催化氧化法^[90]等。但氯氧化等传统化学方法处理EDCs 不仅会因为加入大量的化学试剂，还会因为EDCs降解不彻底，产生中间副产物，造成二次污染，反而加大其环境激素效应和毒性。

通常水源水中持久性有机污染物浓度低，成分复杂，因此利用固相吸附剂富集分离水中微量持久性有机污染物是有效的手段之一。常规的活性碳吸附剂对分子量较大的有机物有良好的去除效果, 但对微量持久性有机污染物去除效率很低，而碳纳米管以其特殊的管道结构为这一领域提供了新的前景。由于碳纳米管具有高比表面积，多孔结构和较高的表面活性等特性，人们对其吸附特性进行了较为广泛的研究。如对水中金属离子及有机物的吸附等，目前的研究表明，碳纳米管对水体中的有机污染物和金属离子有较好的去除效果。

然而，由于碳纳米管小尺寸效应，一方面，使得碳纳米管很难从体系中分离出来，碳纳米管有可能会排放到土壤中。流入环境后纳米材料会对环境带来负面影响，对人体造成危害。另一方面，小尺寸效应影响碳纳米管的回收和重复使用问题，使得碳纳米管应用在水处理中的成本较高。因此近年来有报道将磁性氧化铁与碳纳米管结合形成磁性材料，可以解决碳纳米管的回收问题，例如周露等人采用芬顿试剂法在碳纳米管纯化样品表面负载纳米磁性氧化铁颗粒，制备磁性碳纳米管杂化材料(MWCNTs/Fe₂O₃)，该杂化材料具有较高的纳米氧化铁负载率和优异的磁性能。曹慧群等人报道ZnFe₂O₄包覆碳纳米管形成磁性复合材料。但是构成上述磁性碳纳米管材料中的磁性氧化铁颗粒或者ZnFe₂O₄颗粒其本身吸附性能较差，因而使得磁性碳纳米管材料的吸附性能有所下降，从而限制其在水处理中的应用。

发明内容

本发明的第一发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种制备比表面积大、吸附性能好的介孔铁酸锌的制备方法。

本发明的第二发明目的在于提供一种介孔铁酸锌在水处理中的应用。

本发明的第三发明目的在于提供一种吸附效果好、易于回收的磁性碳纳米管的制备方法。

本发明的第四发明目的在于提供一种磁性碳纳米管在水处理中的应用。

为实现本发明的第一发明目的，本发明采用如下技术方案，一种介孔铁酸锌的制备方法，包括以下步骤：