CN107349904A - 磁性碳纳米纤维复合材料的制备及其在河道治理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备及其在河道治理中的应用，包括以下步骤：S1：细菌纤维素的制备；S2：制备碳纳米纤维；S3：制备磁性材料；本发明用于河道治理、水资源环境的治理，其碳基纳米材料由于比表面积大，化学活性强，表面含有多种功能团，广泛应用于环境污染物的治理，首先在氮气气氛下热裂解细菌纤维素，制备碳纳米纤维。然后在碳纳米纤维水溶液中加入二价和三价铁盐，在氮气保护下加入氨水溶液制备磁性纳米纤维的复合材料。该材料不仅对环境污染物有很好的吸附作用，而且可以通过磁铁简单地将其固液分离。该复合材料的特点是：制备简单，环境友好，吸附效果好，简单的磁分离。

Description

磁性碳纳米纤维复合材料的制备及其在河道治理中的应用
技术领域
本发明涉及环保材料领域，尤其涉及用于磁性碳纳米纤维复合材料的制备及其在河道治理中的应用。
背景技术
河水的污染主要包括人为污染和自然污染；其中自然污染是经常被忽略的问题，主要包括河道沿线枯枝落叶等进入河道，河道内腐烂的动植物等；人为污染主要是工农业污水，城市生活污水等，是目前治理力度最大的部分。河水中的污染物主要包括固态污染物和液态污染物，其中固态污染物比较容易通过过滤、沉淀等措施分离，而液态污染物的降解会消耗水中溶解氧，溶解氧过低会产生恶臭气体。
目前的河道治理措施主要有河道的截污、清淤、生态修复等。其中河道截污属于污水的收集工作，由于污水收集效率有限，还有一部分污水进入河道内；则需要使用一些吸附材料进行吸附，现有的技术中，一般的吸附材料首先对于Sr(II)和Cs(I)的吸附能力较差，并且吸附后不易分离，增加处理的繁琐性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备，包括以下步骤：
S1：细菌纤维素的制备
取木醋杆菌作为细菌生命体，与腐烂的水果的糖分生成细菌纤维素；
S2：制备碳纳米纤维
将上述细菌纤维素使用去离子水洗涤多次，然后再氮气条件下加热到500-700℃下反应8-10h，继续升温至800-1000℃反应一定时间直至完全裂解；裂解后的样品使用一定浓度的HCL洗涤4-6次，后离心烘干得到碳纳米纤维；
S3：制备磁性材料
将碳纳米纤维溶解在酸性溶液中，在N2气氛下分别加入氯化铁和硫酸亚铁搅拌2-4h，然后使用氨水条件，反应4-7小时后，离心分离得到磁性碳纳米纤维复合材料。
优选的，S1中，将腐烂水果压榨后，收集汁液，用纯水将其配制成总糖含量为2.5～5wt％的果汁液，然后灭菌，再经过膜过滤除菌，得处理后的果汁液；(2)在上述处理后的果汁液中接入木醋杆菌，在20～30℃温度下静置培养，经5-20天制得细菌纤维素。
优选的，步骤S3中的酸性溶液为HCL，浓度为15％-20％。
优选的，所属氨水条件的PH值为10。
一种性碳纳米纤维复合材料的应用用于河道治理、水资源环境的治理。
本发明提出的磁性碳纳米纤维复合材料的制备及其应用有以下有益效果：碳基纳米材料由于比表面积大，化学活性强，表面含有多种功能团，广泛应用于环境污染物的治理，首先在氮气气氛下热裂解细菌纤维素，制备碳纳米纤维。然后在碳纳米纤维水溶液中加入二价和三价铁盐，在氮气保护下加入氨水溶液制备磁性纳米纤维的复合材料。该材料不仅对环境污染物有很好的吸附作用，而且可以通过磁铁简单地将其固液分离。该复合材料的特点是：制备简单，环境友好，吸附效果好，简单的磁分离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的吸附情况对比图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本发明提出了一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备，包括以下步骤：
S1：细菌纤维素的制备
将椰子肉压榨后，收集汁液，用纯水将其配制成总糖含量为2.5wt％的果汁液，然后灭菌，再经过膜过滤除菌，得处理后的果汁液；(2)在上述处理后的果汁液中接入木醋杆菌，在20℃温度下静置培养，经5天制得细菌纤维素；
S2：制备碳纳米纤维
将上述细菌纤维素使用去离子水洗涤多次，然后再氮气条件下加热到500℃下反应8h，继续升温至800℃反应一定时间直至完全裂解；裂解后的样品使用一定浓度的HCL洗涤4-6次，后离心烘干得到碳纳米纤维；
S3：制备磁性材料
将碳纳米纤维溶解在酸性溶液中，在N2气氛下分别加入氯化铁和硫酸亚铁搅拌2h，然后使用氨水条件，反应4小时后，离心分离得到磁性碳纳米纤维复合材料。
优选的，步骤S3中的酸性溶液为HCL，浓度为15％。
优选的，所属氨水条件的PH值为10。
一种性碳纳米纤维复合材料的应用用于河道治理、水资源环境的治理。
实施例2
本发明提出了一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备，包括以下步骤：
S1：细菌纤维素的制备
S1中，将腐烂水果压榨后，收集汁液，用纯水将其配制成总糖含量为4wt％的果汁液，然后灭菌，再经过膜过滤除菌，得处理后的果汁液；(2)在上述处理后的果汁液中接入木醋杆菌，在25℃温度下静置培养，经10天制得细菌纤维素；
S2：制备碳纳米纤维
将上述细菌纤维素使用去离子水洗涤多次，然后再氮气条件下加热到600℃下反应9h，继续升温至900℃反应一定时间直至完全裂解；裂解后的样品使用一定浓度的HCL洗涤6次，后离心烘干得到碳纳米纤维；
S3：制备磁性材料
将碳纳米纤维溶解在酸性溶液中，在N2气氛下分别加入氯化铁和硫酸亚铁搅拌2-4h，然后使用氨水条件，反应6小时后，离心分离得到磁性碳纳米纤维复合材料。
优选的，步骤S3中的酸性溶液为HCL，浓度为15％。
优选的，所属氨水条件的PH值为10。
实施例3
本发明提出了一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备，包括以下步骤：
S1：细菌纤维素的制备
取木醋杆菌作为细菌生命体，与腐烂的水果的糖分生成细菌纤维素；
S2：制备碳纳米纤维
将上述细菌纤维素使用去离子水洗涤多次，然后再氮气条件下加热到700℃下反应10h，继续升温至1000℃反应一定时间直至完全裂解；裂解后的样品使用一定浓度的HCL洗涤6次，后离心烘干得到碳纳米纤维；
S3：制备磁性材料
将碳纳米纤维溶解在酸性溶液中，在N2气氛下分别加入氯化铁和硫酸亚铁搅拌4h，然后使用氨水条件，反应7小时后，离心分离得到磁性碳纳米纤维复合材料。
优选的，S1中，将腐烂水果压榨后，收集汁液，用纯水将其配制成总糖含量为5wt％的果汁液，然后灭菌，再经过膜过滤除菌，得处理后的果汁液；(2)在上述处理后的果汁液中接入木醋杆菌，在30℃温度下静置培养，经5-20天制得细菌纤维素。
优选的，步骤S3中的酸性溶液为HCL，浓度为20％。
优选的，所属氨水条件的PH值为10。
一种性碳纳米纤维复合材料的应用用于河道治理、水资源环境的治理。
取等量上述实施例中获得的碳纳米纤维，至于3L的污染河水中，吸附性能：在pH4.5和温度为293K，以及不同温度，此行碳纳米纤维对Sr(II)和Cs(I)的最大吸附容量分别达到67.11和57.47mg/g。并且吸附后，由于有三价和二价的铁盐，使用磁铁将沉淀吸附即可分离，操作便捷。
对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种磁性碳纳米纤维复合材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：
S1：细菌纤维素的制备
取木醋杆菌作为细菌生命体，与腐烂的水果的糖分生成细菌纤维素；
S2：制备碳纳米纤维
将上述细菌纤维素使用去离子水洗涤多次，然后再氮气条件下加热到500-700℃下反应8-10h，继续升温至800-1000℃反应一定时间直至完全裂解；裂解后的样品使用一定浓度的HCL洗涤4-6次，后离心烘干得到碳纳米纤维；
S3：制备磁性材料
将碳纳米纤维溶解在酸性溶液中，在N2气氛下分别加入氯化铁和硫酸亚铁搅拌2-4h，然后使用氨水条件，反应4-7小时后，离心分离得到磁性碳纳米纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的磁性碳纳米纤维复合材料的制备，其特征在于，S1中，将腐烂水果压榨后，收集汁液，用纯水将其配制成总糖含量为2.5～5wt％的果汁液，然后灭菌，再经过膜过滤除菌，得处理后的果汁液；(2)在上述处理后的果汁液中接入木醋杆菌，在20～30℃温度下静置培养，经5-20天制得细菌纤维素。
3.根据权利要求1所述的磁性碳纳米纤维复合材料的制备，其特征在于，步骤S3中的酸性溶液为HCL，浓度为15％-20％。
4.根据权利要求1所述的磁性碳纳米纤维复合材料的制备，其特征在于，所属氨水条件的PH值为10。
5.一种性碳纳米纤维复合材料在河道治理中的应用，其特征在于，用于河道治理、水资源环境的治理。
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