[发明专利]快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料及其制备方法。该制备方法以来源广泛的废弃含棉纤维为基材，首先通过在含棉纤维上原位生长金属有机骨架结构‑碳化造孔改性处理联合酸刻蚀处理，制备出表面具备中孔‑微孔多层结构与多面体结构的碳纤维材料，然后，再通过对碳纤维材料进行氧化和还原两步联合改性处理制备得到环保纳米纤维材料，其具备优异的重金属离子吸附性能和水热再生性能，并有效防止吸附材料的二次污染。本发明提供的环保纳米纤维材料在保留棉纤维独特的生物质纤维结构的基础上，在其纤维表面构建出丰富的多孔结构和多面体结构，并且具备多种含氧官能团联合组成的活性位点，具备优异的吸附性能。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料及其制备方法。

背景技术

随着现代社会经济与工业的快速发展，水污染问题日益严重，已经威胁到人们的日常生活。在众多废水污染物中，重金属离子对人体的危害尤为严重。环境中的重金属对人体和动物具有毒害作用，并可能沿着食物链进行生物富集，会给人体健康造成威胁。

在众多重金属离子污水处理技术中，生物质碳纤维材料吸附技术因高效的去除能力、无二次污染及可循环利用的特性受到人们广泛关注。生物质碳纤维吸附材料可通过有机生物质在高温缺氧的环境中制备，主要包含碳、氮、氧、硫等元素，其因具有比表面积大、内部有着大量相互贯通复杂的微孔结构以及丰富的含氧官能团而受到广泛关注。众所周知，吸附材料的吸附性能取决于吸附材料中可用吸附位点的总数以及吸附剂的多孔结构，因此研发一种具有丰富活性吸附位点，并且具有丰富多孔吸附结构的生物质碳纤维材料具备重要的研究意义。

申请号为CN201910360534.8的发明专利公开了一种快速吸附重金属离子的多孔碳纳米纤维膜的制备方法及应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯两种高分子聚合物混合溶于有机溶剂中，室温搅拌后得到聚合物纺丝乳液A；(2)将所述聚合物纺丝乳液A静电纺丝，得到碳纤维前驱体；(3)将所述碳纤维前驱体进行预氧化和碳化处理，得到多孔碳纳米纤维膜。但是，上述多孔碳纳米纤维膜不具备再生能力，不经济环保，且其重金属离子的吸附性能并没有得到很大程度上的提升，不能满足实际应用的需要。同时，该制备方法复杂，制备原料并不环保，不能有效避免该多孔碳纳米纤维膜吸附材料对环境造成的二次污染。

有鉴于此，有必要设计一种改进的快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备再生性能和优异吸附性能的快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种快速吸附重金属离子的环保纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

S1，将废弃含棉纤维置于二甲基咪唑溶液中，浸泡8～16h，然后，加入六水合硝酸锌溶液并进行充分搅拌混合，得到反应体系，静置18～30h后，将反应后的废弃棉纤维取出并进行清洗和干燥处理，得到改性处理的含棉纤维；

S2，将所述改性处理的含棉纤维在惰性气体氛围下，进行碳化处理；然后，降温至室温，得到碳化的棉纤维；

S3，将所述碳化的棉纤维置于预定浓度的盐酸溶液中，于55～65℃下浸泡18～30h；然后清洗至中性，并干燥处理，制备得到碳纤维材料；

S4，将所述碳纤维材料浸泡在预定浓度的双氧水中，并在30～50℃下反应1～3h，然后，洗涤至中性，得到氧化处理后的碳纤维材料；然后，再采用硼氢化钠-碘还原体系对所述氧化处理后的碳纤维材料进行还原处理，得到能够快速吸附重金属离子且在水热条件下具备再生性能的环保纳米纤维材料。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1所述反应体系中，六水合硝酸锌与二甲基咪唑的摩尔比例为1：(4～6)。