[发明专利]一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及其在还原六价铬污染物方面的应用

说明书

本发明公开了一种本发明涉及一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及其高效催化还原六价铬的应用。天然海绵首先经过碱的预处理水解，去除海绵纤维表面的组织鳞状物，以利于纳米颗粒的负载和催化性能的稳定，然后在适宜条件下负载上金或银纳米颗粒，采用了一种新型的注入‑挤出反应形式将负载了纳米颗粒的海绵复合材料构造为一种自带催化功能的可变形反应容器，亦可将海绵复合材料填充在连续流反应系统中，实现反应物的连续催化转化，以实现对水环境中六价铬污染物的高效催化降解。

技术领域

本发明涉及水污染处理领域，具体涉及一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法及在还原六价铬污染物方面的应用。

背景技术

铬是生物体所必须的微量重金属元素，但当水体中的铬过量时会对生物体产生毒害作用。近年，我国工业化迅速发展，大量的含铬废水、废渣排出，在土壤、水体和生物中迁移转化，使环境污染严重，对生物体产生了严重的毒害作用，并通过食物链进入人体，从而对人体健康造成危害。六价铬的毒性更强，更易被人体吸收，有致癌作用，而且可在体内蓄积。过量的(超过10ppm)三价铬和六价铬对水生物都有致死作用。

铬是银白色金属，在自然界中主要形成铬铁矿。铬的工业用途很广，主要用于金属加工、电镀、皮革行业，这些行业排放的废水、废气和废渣是环境中的主要污染源。铬在工业生产中产生的铬渣如果露天堆放，受雨雪淋浸，所含的六价铬被溶出而渗入地下水或进入河流、湖泊中，从而严重污染环境。2011年8月，我国“曲靖铬污染事件”就是因铬渣露天存放造成了当地生态环境的恶化。如果人误食饮用，可致腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏性皮炎或湿疹，经呼吸进入呼吸道后会对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎等。

随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注，电镀重金属废水治理已开始从末端治理向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。

纳米催化剂在制药、能源、污染预防和环境治理等领域具有不可替代的作用。纳米催化剂的活性严重受限于其在范德华力和高比表面积驱动下的聚集行为。纳米颗粒的聚集会使纳米颗粒比表面积减小，造成催化剂催化活性、选择性和重复利用性能的降低。为此，科学家们提出了很多方法来解决这个问题，比如使用稳定剂(修饰剂)分散纳米颗粒、将纳米颗粒包裹在核壳结构中、将纳米颗粒固载在固体载体表面或者多孔道材料的孔道中。在固载法中，催化剂的分离、回收和重复利用可根据载体的性质，使用过滤、离心或者磁分离等手段实现。如果将纳米催化剂固载在反应容器中，除了可以保持催化剂的活性以外，还使得分离操作大为简化，在连续流反应系统中甚至可以不用分离操作，即可将连续催化流入反应器的反应物转化为所需的产物。

目前，已有多种类型的载体被开发使用，如二氧化硅、沸石、氧化铝和不溶性树脂聚合物等。但是这些不可压缩或者压缩后结构不可恢复的载体具有以下缺点：①因为载体没有相互连接的孔道结构，反应速率容易受到扩散的限制；②对于这些粉末状或者单分散颗粒状的载体，催化剂的回收再利用需要设计和优化特定的分离工艺流程；③对于有纳孔或者微孔的载体，这些孔道往往嵌入到很深的部位，孔道中负载的纳米颗粒容易造成传质阻力增加和中心位置的纳米颗粒的不充分利用。

因此，研制具有高效传质的纳米催化剂载体，并将其应用于六价铬污染废水的治理具有重要意义。此外，将高效传质载体进一步开发成为连续流反应系统的填料型催化剂，可实现污染废水的连续治理。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法，该方法制得的金/银纳米催化剂载体传质阻力低、更换方便且纳米颗粒能得到充分利用。

本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的金/银纳米催化剂载体在高效催化降解水环境中六价铬污染物方面的应用。

本发明的目的通过以下方案来实现：

一种负载金银纳米颗粒的天然海绵制备方法，包括以下步骤：