[发明专利]一种介孔氧化镁纤维的制备方法及其在净化重金属废水中的应用

说明书

本发明涉及一种介孔氧化镁纤维的制备方法及其在净化重金属废水中的应用。该方法将合成的混合酸配体镁盐干粉、助剂和溶剂按一定质量比制成前驱体溶胶纺丝液；将纺丝液通过静电纺丝获得氧化镁前驱体纤维；将氧化镁前驱体纤维分别在空气和水蒸气中进行热处理，得到介孔氧化镁纤维。所得纤维直径为300nm～1.5μm，比表面积高达230m²/g，介孔孔体积高达0.56cm³/g；所得介孔氧化镁纤维具有高吸附活性，吸附速度快、吸附效率高、饱和吸附容量大，尤其对废水中铅、镉吸附性能优异。本发明所制备的介孔氧化镁纤维亦可用于其他金属离子及有机染料等污染物的吸附，同时在气体净化分离、催化领域也有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及一种介孔氧化镁纤维的制备方法及其在净化重金属废水中的应用，属于无机非金属材料领域。

背景技术

我国工业化进程的快速推进使国民经济快速增长、人民生活水平大幅提高，同时难以避免地也带来一系列的环境污染问题，尤其是含重金属废水的大量排放，对我国生态环境带来了长期的负面影响。这不仅威胁人们的身体健康状况，也影响了国民经济的快速发展。在相关对于重金属废水的净化技术中，吸附方法因其具有一系列优势，如操作简单、成本低、能耗低、不产生污泥、处理效率高等，而受到广泛推崇。吸附效果的优劣关键在于吸附剂材料的设计。基于氧化镁吸附材料极易获得和吸附活性高等因素，氧化镁吸附剂日益受到关注。

氧化镁材料在污水净化领域展现出应用潜力，尤其纳米尺度的氧化镁材料，具有丰富的活性位点，能够与金属离子、有机污染物分子结合，能够实现理想的污染物去除效果。同时，氧化镁作为碱性吸附剂，具有独特优势，无毒无害，pH缓冲性强，尤其适于去除酸性废水中难以降解的污染物。但是，纳米尺度氧化镁材料在吸附应用时易于团聚，从而使其吸附性能受到抑制。基于此，其他形态的氧化镁材料，如氧化镁纤维，将会进一步提高其吸附性能。但是，细直径氧化镁纤维的制备存在若干技术难点，前驱体纤维经高温焙烧后难以维持良好的纤维形态，出现纤维粉化现象。这限制了氧化镁纤维的开发及其在诸多领域中的应用。中国专利文献CN103204524A公开了一种氧化镁多孔纤维的制备方法，该发明包括下述步骤：1)将一定量的分子量为6000的PEG溶于去离子水中，加入适量的MgSO₄·7H₂O，室温下搅拌，然后一边搅拌一边缓慢滴加适量的沉淀剂NaOH溶液，得到混合溶液，混合溶液中MgSO₄·7H₂O的浓度为1.5～2mol/L；2)将上述混合溶液水热处理10～12小时，然后自然冷却至室温，陈化12～15h小时后经过滤、洗涤、80～100℃干燥得到前驱体碱式硫酸镁纤维；3)将前驱体碱式硫酸镁纤维进行分段分解与焙烧，得到多孔氧化镁纤维。该方法使用水热法制备氧化镁多孔纤维，其制备过程复杂，长径比较小，得到的氧化镁纤维孔径为50～500nm，孔径较大。中国专利文献CN103556305A公开了一种溶胶凝胶法制备氧化镁纤维的方法，该方法利用镁离子与有机配体之间的络合作用形成稳定的溶胶凝胶体系，经纺丝、煅烧后得到氧化镁纤维。该方法需要手工纺丝，纺丝效率低，反应周期长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种介孔氧化镁纤维的制备方法及其在净化重金属废水中的应用。该方法以氧化镁为原料，利用混合配体制备氧化镁前驱体溶胶纺丝液，通过静电纺丝技术实现非模板法制备介孔氧化镁纤维，所获得的氧化镁纤维不仅具有良好的纤维形态，而且具有介孔结构及高比表面积，可作为净化废水的高效吸附剂。该方法无需使用模板剂即可获得介孔结构氧化镁纤维，其长径比大、比表面积大、吸附能力强，对废水中的铅、镉等重金属离子具有很好的去除能力。

本发明的技术方案如下：

一种介孔氧化镁纤维的制备方法，包括步骤如下：

(1)氧化镁前驱体溶胶纺丝液的制备