[发明专利]一种颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用。它为细菌纤维素颗粒的表面及其内部孔隙负载纳米零价铁。其制备方法，包括如下步骤：(1)将细菌纤维素膜的颗粒浸泡在碱溶液中，进行丝光处理，得到丝光处理后的细菌纤维素颗粒；(2)除去步骤(1)中丝光处理后的细菌纤维素颗粒中残留的碱溶液；(3)将步骤(2)处理后的细菌纤维素颗粒与亚铁离子溶液混合，并在通入惰性气体时反应，即得到颗粒状细菌纤维素/纳米零价铁复合材料。本发明基于颗粒状的细菌纤维素能够快速、高效的负载纳米零价铁，并使其很难脱落；既达到了增强纳米零价铁去除重金属的反应活性和降低其副反应的目的，亦具备了易分离的特性。

技术领域

本发明涉及一种颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用，属于重金属污染治理技术领域。

背景技术

随着经济的发展和居民环保意识的增强，重金属污染废水的处理和处置引起了全社会的关注，而重金属中具有典型代表性的钴和镉则成为了关注的重点。因此，采用合适的方法和技术去除重金属得到了众多学者的广泛研究。

纳米零价铁具有较大的比表面和较强的还原性(E₀＝-0.44V)，使其在环境污染治理领域特别是对废水中的重金属去除具有非常可观的效果。但纳米铁较小的粒径和较高的表面能使其极易发生团聚，而且当其与水或空气接触时容易发生副反应从而降低其反应活性。鉴于此，通过预凝聚和后凝聚的方式包裹或负载一些稳定剂如表面活性剂、天然或有机合成的聚合物等成为了一种新的研究趋势。此外，纳米零价铁颗粒较小，当其通过吸附、还原、共沉淀等作用去除重金属后很难从废水中分离。此时利用一些有机或无机大分子颗粒在不降低纳米零价铁去除重金属反应效果的同时使其易分离也成为了学者关注的焦点。

细菌纤维素(bacterial cellulose)是一种由细菌产生的生物高聚物，其具有比表面积大、多孔、含有大量羟基等优点，使其成为纳米零价铁吸附剂基材的优先选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用，本发明基于颗粒状的细菌纤维素能够快速、高效的负载纳米零价铁，并使其很难脱落；既达到了增强纳米零价铁去除重金属的反应活性和降低其副反应的目的，亦具备了易分离的特性；使其在大规模去除重金属污染废水中具有广泛的应用前景。

本发明提供的一种颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料，它为细菌纤维素颗粒的表面及其内部孔隙负载纳米零价铁。

本发明中，所述纳米零价铁均匀地分布于所述细菌纤维素颗粒的表面及其内部孔隙中；

所述颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料解决了纳米零价铁易团聚和难分离等问题，增强其反应活性使其对废水中的重金属钴和镉达到高效去除。

上述的复合材料中，所述细菌纤维素颗粒中纳米零价铁的负载量可为15～35％。

上述的复合材料中，所述细菌纤维素颗粒通过细菌纤维素膜得到；所述细菌纤维素膜选自醋酸菌属纤维素、土壤杆菌属纤维素和根瘤菌属纤维素中的至少一种；

所述细菌纤维素颗粒的粒径可为3～20mm；具体地，当所述细菌纤维素颗粒呈方形时，边长可为3～10mm，即通过将所述细菌纤维素膜切成长宽相同的小颗粒；若为圆形时，其半径为10～20mm，即把所述细菌纤维素膜切成半径可为10～20mm的圆形后四分成颗粒。

本发明还提供了上述颗粒状细菌纤维素负载纳米零价铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将细菌纤维素膜的颗粒浸泡在碱溶液中，进行丝光处理，得到丝光处理后的细菌纤维素颗粒；

(2)除去步骤(1)中丝光处理后的细菌纤维素颗粒中残留的碱溶液；

(3)将步骤(2)处理后的细菌纤维素颗粒与亚铁离子溶液混合，并在通入惰性气体时反应，即得到颗粒状细菌纤维素/纳米零价铁复合材料。