[发明专利]一种改性马来酰亚胺磁性复合材料的制备方法及利用其去除废水中五价砷的方法

说明书

本发明公开了一种改性马来酰亚胺磁性复合材料的制备方法及利用其去除废水中五价砷的方法。本发明采用马来酰亚胺同时作为碳源和氮源，通过水热法一步制备出氮掺杂的带有功能化碳点的马来酰亚胺，加入FeCl₃·6H₂O制得一种具有水溶性和磁性利用Fe₃O₄修饰的马来酰亚胺磁性复合材料，通过TEM、XPS、XRD等对材料进行表征，深入探讨其表面形貌、结构、性质，用于吸附废水中的As(V)。结合吸附数据结果表明，制备的利用Fe₃O₄修饰的马来酰亚胺磁性复合材料具有高磁性、高水溶性、高稳定性和高吸附性，基于Fe³⁺与五价砷之间的作用力，进一步增强了该复合材料的水溶性和稳定性，能够有效促进五价砷的吸附。

技术领域

本发明涉及废水重金属处理技术领域，具体涉及一种改性马来酰亚胺磁性复合材料的制备方法及利用其去除废水中五价砷的方法。

背景技术

砷(As)是地壳中含量第20丰富的元素，存在于所有环境基质(即土壤、水、空气和生物)中。砷(As)是地下水、地表水和废水中最常见的污染物之一，主要通过自然和人为的共同作用下进入环境，化工、采矿、冶金等人类生产活动，使得砷迁移富集于水体中。国际癌症研究机构(IARC)将含砷化合物归类为1类致癌物。长期饮用高砷水(砷质量浓度50μg/L)会产生各种急性或慢性健康问题。吸附法因具有稳定性和经济性，常用于处理含砷废水。作为地球上最丰富的矿物质之一，铁(氢)氧化物与砷存在强烈的相互作用，因此常被用于控制环境中As(V)的迁移。由于其高效和低成本，铁(III)盐的共沉淀处理和铁(氢)氧化物的吸附被广泛用于吸附砷。然而，这些吸附剂由于颗粒尺寸小和不稳定，且磁铁矿暴露在大气中时极易被氧化钝化，因此在环境中很难使用。为了克服这个困难，有关研究人员将氧化铁与碳基材料结合起来。碳量子点(CDs)作为一种多功能的碳纳米材料，表面存在许多羧基、羟基等官能团，具有很好的水溶性和化学活性，并适于功能化，这使得CDs不仅保留了原有量子尺寸效应、量子限域效应和丰富的表面缺陷的性能，还产生了多样化的组成和可变结构，因此在众多领域有着重要和广泛的应用。CDs可以通过含氮化合物共价修饰、非共价修饰或氮原子掺杂得到氮功能化CDs。氮掺杂可以影响CDs中碳原子的自旋密度和电荷分布，提高导带电子的活跃度，有助于提高CDs的尺寸效应和溶解性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高磁性、高水溶性、高稳定性和高吸附性，可以有效促进五价砷的吸附的改性马来酰亚胺磁性复合材料的制备方法及利用其去除废水中五价砷的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性马来酰亚胺磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)带有功能化碳点的马来酰亚胺MCDs制备：取0.2g～0.3g马来酰亚胺溶于10mL体积分数为95％的乙醇中，采用超声溶解得到混合溶液，将所述混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，放置于200℃烘箱中反应8小时，反应结束后自然冷却至室温；将所得溶液离心过滤，将滤液置于透析袋中透析纯化，得到纯化后的带有功能化碳点的马来酰亚胺醇溶液；

2)改性马来酰亚胺磁性复合材料Fe₃O₄@MCDs的制备：取0.2g～0.3g的FeCl₃·6H₂O溶于1mL体积分数为95％的乙醇中，超声3min～5min，转移到所述步骤1)得到的带有功能化碳点的马来酰亚胺醇溶液中，并加入0.5g～1.0g的尿素后，继续超声3min～5min；将超声后的溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，再加入0.08g～1.20g的NaBH₄，放置于200℃烘箱中反应14小时后，将所得混合物离心5min～10min后采用蒸馏水洗涤干燥，得到改性马来酰亚胺磁性复合材料Fe₃O₄@MCDs。

进一步地，所步骤1)中采用的所述透析袋的分子截流量为500。