三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料及制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖 維素碳復(fù)合材料；本發(fā)明還涉及上述材料的制備方法；本發(fā)明的另一方面是：這種三維網(wǎng) 狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料將在吸附重金屬和難降解的有機(jī)物等領(lǐng)域具有廣 闊的應(yīng)用前景。 技術(shù)背景
[0002] 羥基氧化鐵具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和較高的比表面積，可以作為光催化劑和吸附劑 在污水處理中使用。羥基氧化鐵作為吸附劑可以快速、高效的吸附污水中有毒的或難降解 的有機(jī)廢水，例如紡織業(yè)、印染業(yè)、垃圾滲濾液以及城市產(chǎn)生的廢水，而且也可以快速、高效 的吸附工業(yè)產(chǎn)生的重金屬廢水，例如砷、鉻、鉛等重金屬離子，將吸附后的溶液進(jìn)行濃縮處 理，為其后期的降解或回收處理提供良好的基礎(chǔ)。
[0003] 羥基氧化鐵一般通過FeCl3 · 3H20水解或者FeCl3 · 3H20水解和FeCl2 · 4H20氧化 相結(jié)合的方式制備而得，當(dāng)羥基氧化鐵粒徑變小，將增大比表面積，同時也會增強(qiáng)其吸附能 力，但是在實際應(yīng)用過程中，機(jī)械強(qiáng)度下降，鐵離子易溶出，難回收。為了增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)，利于 回收，將羥基氧化鐵負(fù)載在別的載體上，如將羥基氧化鐵負(fù)載在硅藻土或者石英砂上，由于 娃藻土和石英砂的比表面積較小，吸附能力相對較低，PengFumin等人將羥基氧化鐵負(fù)載在 氧化石墨烯（GO)上，能夠高效的去除水中的As。但GO是一種新型材料，價格較昂貴。為了 有效制備高效的吸附材料，我們選用具有大孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的細(xì)菌纖維素碳（CBC)，作為 載體材料，負(fù)載羥基氧化鐵，制備三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料。
[0004] 羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料在較寬的pH值范圍（PH4. 0-10. 0)內(nèi)對有 機(jī)物的去除效果較好，環(huán)境的酸堿度對其吸附效率影響不大，易與廢水分離，可多次循環(huán)使 用，且具有成本低廉，制備工藝簡單等優(yōu)點，所得的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù) 合材料在吸附重金屬和難降解的有機(jī)物等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。生物質(zhì)材料在用作碳 材料源方面有著廣泛的應(yīng)用，但是主要用于制備各種活性炭材料，吸附材料等，將細(xì)菌纖維 素碳和羥基氧化鐵復(fù)合，制備高效的吸附材料是我們的最新發(fā)明。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 本發(fā)明的一個方面，公開了一種三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料。
[0007] 本發(fā)明的另一方面，涉及一種制備三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料 的方法。
[0008] 本發(fā)明的又一方面，涉及三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料在吸附重 金屬和難降解的有機(jī)物等方面的用途。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的制備工藝流程示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料的掃描電鏡圖片。
[0011] 圖3是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料的透射電鏡圖片。
[0012] 圖4是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的掃描電鏡圖 片。
[0013] 圖5是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的透射電鏡圖 片。
[0014] 圖6是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的高分辨透射 電鏡圖片。
[0015] 圖7是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的X射線衍射 圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料對甲基橙的吸 附性能。
[0017] 圖9是本發(fā)明制備的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的再生對吸附 甲基橙的影響
[0018] 發(fā)明詳述
[0019] 本發(fā)明的一個方面，提供了一種三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料， 其特征在于：細(xì)菌纖維素碳材料主要由直徑在幾納米至幾十納米的碳纖維相互纏繞形成三 維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，紡錘形的納米羥基氧化鐵均勻的負(fù)載在三維網(wǎng)狀的細(xì)菌纖維素碳上，形成具 有三維網(wǎng)狀的復(fù)合材料。比表面積為400-600m2/g。
[0020] 本發(fā)明的又一方面，提供了一種制備三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材 料的方法，該方法將細(xì)菌纖維素凝膠，通過化學(xué)方法除去凝膠中的蛋白質(zhì)、脂肪等雜質(zhì)，然 后經(jīng)過干燥得到高純度的細(xì)菌纖維素。將干燥以后的細(xì)菌纖維素在500°C以上碳化2-8小 時而得到三維網(wǎng)狀納米碳纖維。將碳化細(xì)菌纖維素加入到FeCl3 ·3Η20的水溶液中，在30°C 以上的油浴中加熱2-10小時，經(jīng)抽濾后干燥后制備出三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳 復(fù)合材料。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實施范例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明。
[0022] 實施例1取100克細(xì)菌纖維素凝膠，采用常規(guī)化學(xué)方法除去雜質(zhì)，然后干燥，得到 1克高純干燥的細(xì)菌纖維素膜，在500°C碳化8小時，得到的產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥，制成三維 網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料。
[0023] 實施例2取200克細(xì)菌纖維素凝膠，采用常規(guī)化學(xué)方法除去雜質(zhì)，然后干燥，得到 1. 8克高純干燥的細(xì)菌纖維素膜，在800°C碳化5小時，得到的產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥，制成三 維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料。
[0024] 實施例3取500克細(xì)菌纖維素凝膠，采用常規(guī)化學(xué)方法除去雜質(zhì)，然后干燥，得到 4. 6克高純干燥的細(xì)菌纖維素膜，在1400°C碳化2小時，得到的產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥，制成三 維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料。
[0025] 實施例4取1000克細(xì)菌纖維素凝膠，采用常規(guī)化學(xué)方法除去雜質(zhì)，然后干燥，得到 9. 3克高純干燥的細(xì)菌纖維素膜，在1600°C碳化3小時，得到的產(chǎn)物經(jīng)過洗滌、干燥，制成三 維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳材料。
[0026] 實施例5取3g的細(xì)菌纖維素碳，加入到0.0 lmol/L的FeCl3 ·3Η20的水溶液中，在 30°C的加熱10小時，經(jīng)抽濾后在50°C下干燥，制成三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù) 合材料。
[0027] 實施例6取3g的細(xì)菌纖維素碳，加入到0· 03mol/L的FeCl3 · 3H20的水溶液中，
[0028] 在50°C的加熱8小時，經(jīng)抽濾后在50°C下干燥，制成三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌 纖維素碳復(fù)合材料。
[0029] 實施例7取3g的細(xì)菌纖維素碳，加入到0· 05mol/L的FeCl3 ·3Η20的水溶液中，在 70°C的加熱6小時，經(jīng)抽濾后在50°C下干燥，制成三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合 材料。
[0030] 實施例8取3g的細(xì)菌纖維素碳，加入到0· 07mol/L的FeCl3 ·3Η20的水溶液中，在 90°C的加熱4小時，經(jīng)抽濾后在50°C下干燥，制成三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合 材料。
[0031] 實施例9取3g的細(xì)菌纖維素碳，加入到0· 09mol/L的FeCl3 ·3Η20的水溶液中，在 90°C的加熱2小時，經(jīng)抽濾后在50°C下干燥，制成三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合 材料。
[0032] 實施例10取0. 05g的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料和細(xì)菌纖維 素碳，分別加入到50mg/L的甲基橙溶液中，體系溫度為30°C，并調(diào)節(jié)pH = 6. 0,待體系達(dá)到 吸附平衡后，取樣離心后對其上層清液，采用紫外、可見-近紅外分光光度計測其吸光度， 根據(jù)吸附前、后的吸光度變化求其脫色率。計算公式為：
[0033]
[0034] 式中，D為甲基橙溶液的脫色率;Atl為初始甲基橙溶液的吸光度；A為反應(yīng)一定時 間后取樣經(jīng)高速離心分離后上層清液的吸光度。
[0035] 實施例11取0. 05g的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料，加入到 50mg/L的甲基橙溶液中，體系溫度為30°C，調(diào)節(jié)到pH = 6. 0,待體系達(dá)到吸附平衡后，取 其上清液，測量其吸光度，代入上述公式求其脫色率。倒出剩余溶液，向所得沉淀物中加入 50ml的無水乙醇進(jìn)行脫附，可將脫附后的溶液進(jìn)行濃縮處理。然后將沉淀物進(jìn)行抽濾后，置 于50°C的烘箱中干燥3h，然后再將干燥后的材料加入50mol/L的甲基橙溶液中測試其吸附 特性，整個吸附和干燥過程重復(fù)3次。
【主權(quán)項】
1. 三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料及制備方法和用途，其特征在于：細(xì) 菌纖維素主要由直徑為幾納米至幾十納米的碳纖維相互纏繞形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，紡錘形納 米羥基氧化鐵均勻的負(fù)載在三維網(wǎng)狀細(xì)菌纖維素碳上，形成三維網(wǎng)絡(luò)狀復(fù)合材料。2. -種如權(quán)利1所述的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料的制備方法，具 體步驟如下：將細(xì)菌纖維素凝膠進(jìn)行純化得到高純的細(xì)菌纖維素；然后將細(xì)菌纖維素通過 干燥得到細(xì)菌纖維素膜，將纖維素在500°C以上碳化2-8小時，再經(jīng)過除雜，得到三維網(wǎng)狀 納米碳纖維材料；將碳化細(xì)菌纖維素加入到FeCl 3 *3H20的水溶液中，在30°C以上的油浴中 加熱2-10小時，經(jīng)抽濾后干燥后制備出三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于具體制備條件如下： 細(xì)菌纖維素膜的碳化溫度：500°C以上； 細(xì)菌纖維素膜的碳化時間：2-8小時； 納米纖維復(fù)合材料的油浴溫度：30°C以上； 納米纖維復(fù)合材料的油浴時間：2-10小時。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于采用的干燥方法為常規(guī)干燥，真空干 燥，冷凍干燥，超臨界干燥之一種或幾種方法的組合。5. 權(quán)利要求1和2所述三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料在吸附重金屬和 難降解的有機(jī)物等領(lǐng)域的用途。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料，其制備方法是將細(xì)菌纖維凝膠清洗、除雜、干燥得到細(xì)菌纖維素膜，然后再經(jīng)過500℃以上碳化2-8小時得到粗品，再洗滌、干燥制成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米碳纖維，以納米碳纖維為載體，以FeCl3·3H2O為前驅(qū)體，通過FeCl3·3H2O溶液的水解，在30℃以上的油浴中加熱2-10小時，經(jīng)抽濾干燥的方法制備三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料。本發(fā)明能高效吸附廢水中的重金屬和有機(jī)污染物，在較寬的pH值范圍(pH4.0-10.0)內(nèi)對有機(jī)物的去除效果較好，環(huán)境的酸堿度對其吸附效率影響不大，易與廢水分離，可多次循環(huán)使用，且具有成本低廉，制備工藝簡單等優(yōu)點，所得的三維網(wǎng)狀羥基氧化鐵/細(xì)菌纖維素碳復(fù)合材料在吸附重金屬和難降解的有機(jī)物等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C02F1/28, C02F1/62, B01J20/20, B01J20/30, C02F101/30
【公開號】CN104941576
【申請?zhí)枴緾N201410127008
【發(fā)明人】馬擁軍, 王轉(zhuǎn)培, 裴重華
【申請人】西南科技大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月28日