CN107670648A - 一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，它涉及一种对工业废水中重金属离子具有优良吸附的新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法。本发明以真菌纤维和Fe3O4为原料，采用水热合成法制备新型的Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料，便于回收利用。将硫酸亚铁和硫酸铁溶解在聚乙二醇溶液中，制备纳米Fe3O4。处理后的真菌纤维和Fe3O4在一定条件下水热合成得真菌纤维/Fe3O4磁性复合材料。实验表明，纳米Fe3O4均匀分散在真菌纤维表面，复合材料具有较好的顺磁性，材料对重金属离子具有较好的吸附作用，Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+的最大吸附能力分别是125、167、94和75mg/g。

Description

一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法。
背景技术
重金属离子的污染成为我国水资源环境污染治理领域研究的热点，重金属离子污染物进入人体后，因为食物链的作用引起蓄积，当超过一定浓度时将严重影响人体正常的新陈代谢，导致各种疾病的发生。镉污染事件，铬渣污染事件，血铅超标事件等被频繁的爆出，重金属污染事件提醒着我们重金属污染的控制与治理迫在眉睫。目前，国内外对于含重金属废水采用的处理技术主要包括：化学沉淀法，离子交换法，膜过滤法，电解法和吸附法等。其中，生物质吸附材料具有工艺成熟，运行维护相对简单等优点，对水中低浓度的重金属离子具有较好的去除效果。但是，目前使用的商品活性炭均以煤或木材为原料，制备成本较高，在一定程度上限制了其在重金属废水处理中的推广应用，因此寻找其他替代材料(如城市污泥，农林废弃物等)来制备廉价而又高效的吸附剂具有较大的实际意义。
近年来模板法制备纳米材料引起了广泛的重视。科学家们一直致力于对其组成、结构、形貌、尺寸、取向、排布等的控制，以使得制备出的材料具备各种预期的特殊的物理性质。这种方法可预先根据合成材料的大小和形貌设计模板，基于模板的空间限域作用和模板剂的调控作用也可对合成材料的大小、形貌、结构、排布等进行调控。生物模板具有以下几个优点：
(1)价格低廉、货源充足、可再生利用并对环境友好。
(2)不同物种的组织本身具有独特的内在结构复杂性和多级有序性，甚至同一物种内部的组织结构也存在着多样性，这就有可能用来合成具有特殊显微结构或形貌的分子筛材料，即所谓的仿生材料。
(3)通过对以天然材料为模板合成的无机材料的研究，可以为研究生物组织的矿化提供线索。
模板合成法是一种有效的方式来控制和提高性能的纳米粒子复合材料。通过加载无机纳米材料在聚合物表面获得功能性复合材料，其材料既含有聚合物的性能也含有无机材料的性能。添加磁性纳米颗粒到聚合物获得磁性纳米材料，在生物医学、器件应用、数据存储和吸附重金属离子等领域有较出色的应用潜力。
发明内容
本发明提供了一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，它涉及一种对工业废水中重金属离子优良的吸附性能的制备方法。本发明以真菌纤维和Fe3O4为原料，利用水热合成的方法，合成一种新型的Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料，便于回收利用。其制备方法利用的是水热合成法，具体制作步骤如下：一、在反应器中加入Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5-2倍)溶解在PEG占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5-1.5倍的溶液中，氮气保护，加入氨水(氨水的体积分数为20-50％)，体积为60-100mL调节pH为8-12。二、在反应温度为50-70℃，保温反应为15-45min，Fe3O4纳米颗粒用去离子水洗涤、调节pH为中性，超声分散保存。三、真菌纤维用稀碱质量浓度为0.01％-0.2％，保温反应10-50min，温度为80-120℃，洗涤、低温冷冻干燥处理、低温保存。四、真菌纤维和Fe3O4用量比为1:0-5:1，利用水热合成法，保温反应温度为100-200℃，保温反应2-6h。五、制备的复合材料进行洗涤、冷冻干燥等步骤得到一种优良重金属吸附作用的新型磁性真菌纤维复合材料。实验表明，大部分的Fe3O4分散到真菌纤维的表面，复合材料具有较好的顺磁性，Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+的最大吸附能力分别是125、167、94和75mg/g。一种新型的真菌纤维/Fe3O4磁性复合材料作为可回收材料的高效去除工业废水中的重金属离子。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，具体是按下述步骤进行的：一、在反应器中加入Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.8倍)溶解到PEG溶液中(PEG占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.7倍)，氮气保护，加入氨水(氨水的体积分数为30％)，体积为80mL，调节pH为10。二、在反应温度为60℃，保温时间为30min的条件下，得到Fe3O4纳米颗粒，之后用去离子水洗涤、调节pH为中性，超声分散保存。三、真菌纤维用质量浓度为0.01％的稀碱，在温度为100℃的条件下，进行30min的处理。之后，进行洗涤、低温冷冻干燥、低温保存。四、真菌纤维和Fe3O4质量比为2:1，利用水热合成法，保温反应温度为150℃，保温时间3h。五、将制备的复合材料进行洗涤、冷冻干燥等步骤得到一种优良重金属吸附作用的新型磁性真菌纤维复合材料。
实施例2：
在反应器中加入Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的1倍)溶解到PEG溶液中(PEG用量占Fe2(SO4)3·9H2O用量的1倍)，氮气保护，加入氨水(氨水的体积分数为50％)，体积为60mL，调节pH为8。实验过程中并没有得到磁流体Fe3O4。
实施例3：
在反应器中加入Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的3倍)溶解到PEG溶液中(PEG用量占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5倍)，氮气保护，加入30％氨水，调节pH为中性，超声分散保存。真菌纤维用质量浓度为0.01％的稀碱，在温度为100℃的条件下，进行30min的处理。，之后，洗涤、低温冷冻干燥、低温保存。真菌纤维和Fe3O4质量比为2:1，利用水热合成法，保温反应温度为100℃，保温时间3h。将制备的复合材料进行洗涤、冷冻干燥等步骤得到一种新型磁性真菌纤维复合材料。实验中磁流体Fe3O4的颗粒分布不均匀，获得的产量较少。在真菌纤维的表面含有较少的Fe3O4。
实施例4：
将Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.8倍)溶解到PEG溶液中(PEG用量占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.7倍)，氮气保护，加入50％氨水，调节pH为中性，超声分散保存。真菌纤维用质量浓度为0.01％的稀碱，在温度为100℃的条件下，进行30min的处理。之后，洗涤、低温冷冻干燥处理、低温保存。真菌纤维和Fe3O4用量比为2:1，利用水热合成法，保温反应温度为100℃，保温反应3h。制备的复合材料进行洗涤、冷冻干燥等步骤得到一种优良重金属吸附作用的新型磁性真菌纤维复合材料。实验中Fe3O4未能很好的分散到真菌纤维的表面。
实施例5
将Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O(占Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5倍)溶解到PEG溶液中(PEG用量占Fe2(SO4)3·9H2O用量的4倍)，氮气保护，加入50％氨水，调节pH为中性，超声分散保存。真菌纤维用质量浓度为0.01％的稀碱，在、温度为110℃的条件下，进行30min的处理，之后，洗涤、冷冻干燥，低温保存。真菌纤维和Fe3O4用量比为2:1，利用水热合成法，保温反应温度为180℃，保温反应3h。将制备的复合材料进行洗涤、鼓吹风干燥箱干燥等步骤得到一种优良重金属吸附作用的新型磁性真菌纤维复合材料。实验中Fe3O4分散在真菌纤维的表面，但是纤维的尺寸缩短，Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+的最大吸附能力分别是82、91、74和52mg/g。
实施例6
一定量的FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O溶解于150mL去离子水中，配置成溶液，再先后将氯化亚铁溶液、氯化铁溶液加入到55℃的去离子水中；30min后，在45℃的水浴加热条件下，以5-9d/min加入60mL氨水，并高速搅拌反应溶液30min。调节pH，反应3h，进行洗涤等步骤得到磁性流体。真菌纤维用质量浓度为0.01％的稀碱，在温度为100℃的条件下，进行30min的处理，之后洗涤、冷冻干燥，低温保存。真菌纤维和Fe3O4用量比为2:1，利用水热合成法，保温反应温度为120℃，保温反应3h。制备的复合材料进行洗涤、冷冻干燥等步骤得到一种优良重金属吸附作用的新型磁性真菌纤维复合材料。实验中Fe3O4颗粒尺寸较大，Fe3O4分散到真菌纤维的表面，Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+的最大吸附能力分别是78、43、37和50mg/g。

Claims (8)

1.一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，它涉及一种对工业废水中重金属离子优良的吸附性能的制备方法。本发明以真菌纤维和纳米Fe3O4为原料，利用水热合成法，合成一种新型的Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料，便于回收利用。具体制作步骤如下：一、将一定量的Fe2(SO4)3·9H2O和FeSO4·7H2O溶解到PEG溶液中，氮气保护下向其中加入一定的氨水，调节溶液pH值。二、在一定温度下保温反应一段时间后，将纳米Fe3O4颗粒用去离子水洗涤至中性，并在去离子水中将其分散保存。三、真菌纤维用稀碱溶液在一定温度下进行润胀后，去离子水洗涤并冷冻干燥。四、不同用量比的真菌纤维和纳米Fe3O4利用水热合成法在一定温度下进行保温反应一段时间得复合材料。五、将步骤四中所得的复合材料进行过滤、洗涤以及干燥后得到一种对重金属具有优良吸附作用的新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于本方法是水热合成法。
3.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中FeSO4·7H2O为Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5～2倍。PEG为Fe2(SO4)3·9H2O用量的0.5～1.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中氨水的体积分数为20～50％，体积为60～100mL调节pH为8～12。
5.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中氮气保护，反应温度为50～70℃，反应时间为15～45min。
6.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中Fe3O4纳米颗粒调节pH值为中性，超声分散保存。
7.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中稀碱溶液的体积浓度为0.01％～0.2％，保温反应时间为10～50min，反应温度为80～120℃，干燥方式是低温冷冻干燥。
8.根据权利要求1所述的一种新型Fe3O4/真菌纤维磁性复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中真菌纤维和纳米Fe3O4颗粒的用量比为1:0～5:1，合成方法是水热合成法，反应温度为100～200℃，保温反应时间是2～6h。
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