[发明专利]一种铁基复合材料的制备方法及其对砷的去除应用

说明书

本发明涉及一种铁基复合材料的制备方法及其对砷的去除应用，制备方法为：将羧基化纤维素纳米微晶溶液与含有多胺基官能团的化合物(聚乙烯亚胺、聚邻苯二胺、超支化聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺)溶液混合得到混合液后，向其中加入Fe(III)/Fe(II)溶液或Fe(III)溶液，调节体系pH值至大于7后在一定温度下反应一段时间，制得铁基复合材料；应用为：将铁基复合材料加入到pH值为2～10的含As(III)或As(V)的废水中，在20～35℃的温度条件下震荡2～3h。与现有技术相比，本发明能够有效地降低含砷废水中砷污染物的含量，且制备简单、成本低廉、对环境无污染，可广泛地用于含砷废水或含砷土壤的处理，在纳米纤维素处理环境污染治理中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种基于金属离子“桥联”效应的铁基复合材料的制备方法及其在环境污染问题中的应用。

背景技术

砷是一种剧毒、致癌类非金属元素，广泛存在于自然环境中。岩石风化、煤的燃烧、砷农药、采矿、冶炼和污水灌溉等人类活动使环境中的砷含量不断增加，造成了世界各地大气、水体、农作物不同程度的砷污染。人体长期摄入被砷污染的食品或吸入砷烟尘，除了导致皮肤、消化系统、泌尿系统、神经系统、心血管系统等都会受到严重损害，还可使多种癌症发病率上升。因此，迫切需要找到快速且有效地吸附剂或材料去除废水中的砷含量。

目前，据国内外专利、论文以及期刊报道的公开文献，对于去除砷的处理方法主要包括几大类，如沉淀法、离子交换法、生物法、膜分离法、电凝聚法、吸附法等。这些方法均有其自身的特点，如：沉淀法除砷技术较为完善，应用较为广泛，但它处理后会产生大量废渣，造成二次污染，而且除砷效率低，难以满足饮用水水质要求；离子交换法适用于处理量不大、组成单一、回收价值高的废水，但其处理工艺复杂、成本高，难以实现工业化生产；生物法中微生物对周边环境的要求很严格，因砷具有毒性，用此方法处理水中的砷目前尚处在起步阶段；膜分离法处理成本较高，不宜大规模应用；电凝聚法操作技术条件要求比较高；吸附法是利用吸附剂提供的大比表面积，通过砷污染物与吸附剂之间较强的亲和力达到净化除砷的目的。而吸附法由于简单易行、去除效果好、能回收废水中的砷、对环境不产生或很少产生二次污染，且吸附材料来源广泛、价格低廉、可重复使用等优势而备受人们关注。

木棉纤维是天然生态纤维中最细、最轻、中空度最高、最保暖的纤维材质，但目前木棉纤维产业化程度却不高，只有较少部分木棉纤维会被收集起来作为枕头、救生衣的填充材料。木棉纤维是一种高度有序的二糖链聚合物，由来自相邻高分子羟基上的氢键所产生的强大分子间作用力聚集而成。由于其含有大量的-OH活性基团，极易被氧化为-COOH，预处理并被氧化后的木棉纤维进一步分离得到的羧基化纤维素纳米微晶(CNC-COOH)，CNC-COOH具有丰富的官能团、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，还具有较高的反应活性，可引入疏水基团或作为基体与不同分子接枝复合，作为一种具有生物相容性的高吸附物质而应用于环境处理中，然而CNC-COOH呈现液态无法直接运用到实际中含砷废水的处理。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种铁基复合材料的制备方法及其对砷的去除应用。本发明利用羧基化纤维素纳米微晶(CNC-COOH)丰富的羧酸、大的比表面积、高的结晶度和高的比强度，可以在水溶液中通过金属离子“桥联”效应加强CNC-COOH与含有多胺基官能团的化合物(聚乙烯亚胺、聚邻苯二胺、超支化聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺)之间的交联作用，制备合成了铁基复合材料，并用于处理环境中的砷污染问题，减少污染物排放并节约了能源符合可持续发展原则，符合国家生态环境保护战略要求，具有潜在广阔应用前景。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：