[发明专利]羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料及其制备方法与应用，该羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料是以泡沫炭为基底，并且羟基氧化铁纳米棒均匀负载在该基底上。该羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料是采用水热合成法将羟基氧化铁纳米棒均匀负载在泡沫炭基底上。该羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料可以直接用作去除水体中砷元素的吸附剂。本发明不仅吸附能力强、次生污染小，而且易分离回收、传质速率快、成本低廉，可对水体中砷元素进行快速高效和选择性去除。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

砷元素是一种具有致畸致突变作用的剧毒性污染物质，在自然界中广泛存在。人体如果长期暴露于具有低浓度砷或高浓度砷的环境中，则会给消化体统、呼吸系统、神经系统、心血管系统、生殖系统等带来不可逆转性的危害，严重时甚至导致死亡。世界卫生组织规定，人体引用水源中砷的浓度限值为10μg/L。在水体环境中砷元素主要以三价砷(H₃AsO₃、H₂AsO₃^-、HAsO₃^2-)和五价砷(H₃AsO₄、H₂AsO₄^-、HAsO₄^2-)形式存在，并且以三价砷的毒性和在水中的迁移性更强。为了保护人体健康，消除砷污染对生态系统带来的负面影响，控制水体中砷元素的含量已经成为亟待解决的关键问题。

目前，水体中砷元素的去除方法主要包括混凝沉淀法、生物除砷法、电凝聚法、膜过滤法、预氧化法、离子交换法、吸附法等。与其他方法相比，吸附法具有设计简单、操作容易、对有毒污染物不敏感，不会引入新的有害污染物等优点，不仅能够克服砷元素回收困难的缺点，而且能够解决混凝沉淀法中化学药品耗费高以及生物除砷法基建投入大等问题，因此吸附法被认为是高效且比较经济的水处理方式。在现有技术中，活性炭、沸石、金属氧化物、黏土等传统吸附剂被大量应用到水体除砷，但这些传统吸附剂存在着吸附量小、效率低、分离回收困难等问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料及其制备方法与应用，不仅吸附能力强、次生污染小，而且易分离回收、传质速率快、成本低廉，可对水体中砷元素进行快速高效和选择性去除。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种羟基氧化铁纳米棒/泡沫碳复合材料，它是以泡沫炭为基底，并且羟基氧化铁纳米棒均匀负载在该基底上。

上述的羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、按照每120μL溶质质量分数为37.5％的盐酸溶液使用11.88mL去离子水和28mL乙腈的比例，将盐酸溶液、去离子水和乙腈混合在一起，从而制得第一反应液；

步骤B、按照每40ml第一反应液使用0.0135mol的FeCl₃和0.04mol的NaNO₃的比例，将FeCl₃和NaNO₃溶于第一反应液中，并在搅拌30min后加入酸化后的泡沫炭，继续搅拌1小时，然后将其转移到反应釜中，以100℃进行水热反应4小时，再进行清洗和干燥，从而即制得上述的羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料。

优选地，所述的酸化后的泡沫炭采用以下方法制备而成：以每分钟5℃的升温速率对泡沫进行加热处理，直至升温到700℃，保温2小时，然后将其放入浓度为3.5mol/L的硝酸溶液中，以120℃煮2小时，从而即制得酸化后的泡沫炭。

优选地，所述的进行清洗和干燥包括：采用去离子水清洗多次，然后放入烘干箱中以60℃的烘干温度进行干燥。