[发明专利]一种淀粉接枝煤矸石包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种淀粉接枝煤矸石包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法，该复合材料由100重量份聚合单体经过反相悬浮聚合制成；在反相悬浮聚合中，反相悬浮聚合体系由水相和油相组成；其中，水相由水、淀粉、引发剂、交联剂、聚合单体、七水合硫酸亚铁、硼氢化钾和表面活性剂组成，油相由分散剂组成；水相和油相的体积比为1‑5。本发明所得的复合材料既具有煤矸石较好的吸附能力，又充分利用了淀粉复杂的三维网络结构和多种活性官能团来稳定和分散纳米零价铁，可有效防止纳米零价铁的氧化，对含Cr(VI)水体具有良好的处理效果。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种淀粉接枝煤矸石包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法。

背景技术

随着铬盐生产、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉、施用污泥等农业活动的进行，六价铬Cr(VI)不断进入水体中，严重污染水体环境。美国规定水中铬允许浓度定为50ppb。六价铬的毒性要远远大于三价铬，对人们的环境健康造成了巨大的威胁。科学研究发现，Cr(VI)的化合物在体内具有致癌作用。因此，如何有效修复水体Cr(VI)污染一直是国内外学者的研究重点。

将Cr(VI)还原为低毒的Cr(III)，再通过沉淀或吸附去除Cr(III)是当前处理水体中Cr(VI)的主要方法。相比于均需要消耗较高的能量或大量的化学试剂的电化学还原[2]和化学还原[3]。近年来纳米零价铁（nZVI）即颗粒粒径在1-100 nm之间的超细铁，兼具了零价铁的较低电极电位，拥有较高的还原能力，同时具有纳米材料颗粒小和比表面积大，可为污染物提供更多活性位的等优点正逐步用于Cr(VI)污染水体的修复中，日渐成为Cr(VI)污染水体的修复技术中一个前沿的领域。但nZVI颗粒的粒径小，表面能高，具有自发团聚的趋势，因此极大地阻碍了它们在受污染水体中的传播，当nZVI无法和目标污染物接触时，通常发生氧化，使得nZVI失活，局限了其还原性能的发挥，成为阻碍nZVI在修复Cr(VI)污染的水体领域发展的瓶颈。因此，如何改善纳米零价铁的分散性和稳定性对于提高其反应活性至关重要。

煤矸石是煤炭开采和加工过程中产生的固体废渣，是我国目前排放量及累积量最大的固体废渣之一。它的长期堆放不仅占用大量耕地，而且极易风化和自燃，排放出的有害气体会污染大气、土壤，甚至会造成水体污染；煤矸石场还存在溃坝的风险，对生态环境和社会环境造成了极其恶劣的影响。煤矸石主要用于生产建材，发电和填路、土壤复垦三个领域。

但煤矸石的综合利用率相对较低，对它的利用途径主要是粗放式的直接利用，导致无法充分利用其有效的化学成分，且产品附加值较低。因此，亟待寻求一种高效深度利用煤矸石的途径，以提高其附加值，实现变废为宝、资源循环利用的目标。

煤矸石虽然是一种固体废物，但其具有一定的孔状结构，且由于煤矸石中本身含有可燃性碳物质，使得煤矸石自燃后具有更多的空隙，从而形成一种多孔的结构层，可在其层间或表面引入金属氧化物，作为骨架或载体，以制成高附加值的复合材料，在去除水体中总金属应用领域有很大的潜能。

现有技术中虽然已有将煤矸石负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法。但该方法步骤繁琐，成本高。此外，未见将煤矸石负载型纳米铁应用于去除水体中的Cr(VI)污染的文献报到。

淀粉作为一种拥有极大应用价值的生物质资源，不仅储量丰富，来源广泛，且价格低廉，其具有的各项物化性能已得到各界广泛的关注和研究，如何对其进行高附加值利用成为研究热点之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种淀粉接枝煤矸石包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法，所得的复合材料既具有煤矸石较好的吸附能力，又充分利用了淀粉复杂的三维网络结构和多种活性官能团来稳定和分散纳米零价铁，可有效防止纳米零价铁的氧化，对含Cr(VI)水体具有良好的处理效果。