CN107999029A - 一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法 - Google Patents

一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法，由椰壳、壳聚糖、碳酸钠、氯化铁、粉煤灰等原料制成，本发明通过椰壳酸洗、碱洗、水洗等多步工艺得到均一纯化的植物纤维素，再利用水相合成纳米铁氧化物，扩大了污染物吸附种类，提高对重金属的吸附效能，同时具有较好的生物兼容性，可应用于环境中重金属污染、有机物污染的处理，本发明重金属稳定剂环境友好、吸附效率高，适合于各类环境治理工程使用。

Description

一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及重金属污染修复技术领域，尤其涉及一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，特别是采矿、冶金、化工等行业的人为活动，重金属污染问题也日趋严重。重金属污染问题包括重金属土壤污染、重金属大气污染、重金属水体污染。重金属以不同的形态存在于环境中，累积、迁移，进入人体后与生物酶结合而抑制蛋白质合成，诱导蛋白质变性，干扰神经系统，重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害，同时重金属污染涉及区域大，控制与治理难度大。
目前，国内外对土壤中重金属的稳定化技术主要是利用稳定剂与土壤中的重金属发生化学物理作用，改变土壤中重金属的化学形态、降低其迁移性以及降低其毒性的过程。在欧美等发达国家已有许多专用螯合型有机重金属稳定剂用于处理土壤重金属污染的应用实例。而我国在重金属污染土壤稳定化修复方面的专利报道较少，而且主要集中于采用水泥、石灰、石膏等低技术含量的工艺研究方面。而且这种靠水化反应后形成的吸附作用对土壤中重金属的稳定固定效果易受外界环境条件的影响，当土壤长期受到风化和酸雨侵蚀，其中的重金属面临着重新溶出的潜在危险。因此，开发新型重金属稳定剂及其在重金属污染治理中的应用将在我国具有广阔的市场和实用价值。
目前，化学吸附法是重金属污染治理和控制的主要技术手段，吸附法因其简便、高效、经济、可再生、无二次污染等特点而越来越受到人们的重视。在活性炭、金属氧化物、壳聚糖、腐殖酸等众多吸附材料中，铁氧化物由于其来源广泛、成本低廉、环境友好等优点而得到较广泛的应用和较多的研究，但单独使用铁氧化物吸附种类单一，吸附量小，同时制备纳米结构的铁氧化物，通常会用到大量有机溶剂，成本较高，不利于实现大规模应用。
粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废物，主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁等，目前其重要的资源化利用途径之一是作为建筑材料制砖。而在城市建设和建筑拆除过程中又会产生大量的粉煤灰废砖块，这些废弃物大量堆积，不仅占用土地，而且会对环境产生不利影响。粉煤灰作为粉煤灰砖的主要成分，具有结构多孔，比表面积大等特点，可吸附环境中的有机污染、金属离子等。粉煤灰砖块中的粉煤灰、石灰、石膏等成分含有铝、钙、铁等多种活性氧化物，这些氧化物经改性后具有与以上污染物固定化的潜力。因此，利用废弃粉煤灰砖块经改性用于重金属处理潜力巨大。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂，通过以下方法制备：
（1）将椰壳烘干后切碎成小块，浸没于4-5g/L的醋酸溶液中60-90分钟，取出后清水洗至中性，再将其浸没于10-15%的氢氧化钠、3-4%的碳酸钠混合溶液中加热至60-80℃，蒸煮120-150分钟，冷却后取出用清水洗至中性，得预处理椰壳纤维备用；
（2）将壳聚糖溶于30-40%的聚丙烯酸溶液中，搅拌均匀得到壳聚糖溶液；
（3）将0.5mol/L硫酸镁溶液和1mol/L氢氧化钠溶液等体积混合，搅拌10-15分钟后再向其中加入硫酸镁粉末，并于110-120℃下加热10-12小时，经自然冷却后得到固体沉淀，干燥后与氯化铁混合并完全沉浸在水中，以300-350转/分的速率搅拌60-90分钟，收集沉淀物，用水洗净后置于烘箱中，在130-150℃下干燥，并磨细至0.05毫米以内，得纳米铁氧化物备用；
（4）将粉煤灰浸没于2mol/L硫酸溶液中，搅拌20-30分钟后过滤，再将其送入烘箱中，于105-110℃烘干2-3小时，得到改性粉煤灰，将其与炭粉、纳米铁氧化物按质量比（16-18）：1：（1-3）混合后沉浸于1mol/L硝酸锌溶液中，搅拌30-40分钟后过滤，收集固体并在100-105℃下烘干粉碎，得到粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末备用；
（5）将椰壳纤维、步骤4所得粉末混合加入到壳聚糖溶液中，再向其中加入环氧氯丙烷，搅拌20-30分钟后升温至60-70℃，继续搅拌15-20分钟，过滤后用清水洗去剩余聚丙烯酸和环氧氯丙烷，烘干后即得本发明重金属稳定剂。
所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，所述步骤2中壳聚糖添加量为聚丙烯酸溶液质量的18-26%。
所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，所述步骤3中硫酸镁、氢氧化钠混合液与硫酸镁粉末、氯化铁的质量比为（24-25）：（7-10）：（1-1.5）。
所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，所述步骤4中粉煤灰使用前先磨细至0.05毫米，筛选后与水充分混合，通过磁选机磁选除铁后过滤烘干。
所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，所述步骤5中椰壳纤维、粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末、环氧氯丙烷、壳聚糖溶液的质量比为（4-5）：（1-1.5）：（0.2-0.4）：（15-20）。
本发明的优点是：
本发明通过椰壳酸洗、碱洗、水洗等多步工艺得到均一纯化的植物纤维素，再利用水相合成纳米铁氧化物，通过工艺改进采用无机合成，避免了传统的高成本有机合成路线，并将铁氧化物负载于酸改性后的粉煤灰中，利用改性获得的表面粗糙及孔洞结构增强了粉煤灰的吸附能力并有利于铝、铁、钙等活性组分的溶出，同时加固了铁氧化物的负载稳定性，将椰壳纤维素与粉煤灰固载的铁氧化物共同溶于壳聚糖溶液中进行交联，二者的协同结合不仅增加了比表面积，扩大了污染物吸附种类，提高对重金属的吸附效能，同时具有较好的生物兼容性，可应用于环境中重金属污染、有机物污染的处理，本发明重金属稳定剂环境友好、吸附效率高，适合于各类环境治理工程使用。
具体实施方式
一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂，通过以下方法制备：
（1）将椰壳烘干后切碎成小块，浸没于4g/L的醋酸溶液中60分钟，取出后清水洗至中性，再将其浸没于10%的氢氧化钠、3%的碳酸钠混合溶液中加热至60℃，蒸煮120分钟，冷却后取出用清水洗至中性，得预处理椰壳纤维备用；
（2）将壳聚糖溶于30%的聚丙烯酸溶液中，壳聚糖添加量为聚丙烯酸溶液质量的18%，搅拌均匀得到壳聚糖溶液；
（3）将0.5mol/L硫酸镁溶液和1mol/L氢氧化钠溶液等体积混合，搅拌10分钟后再向其中加入硫酸镁粉末，并于110℃下加热10小时，经自然冷却后得到固体沉淀，干燥后与氯化铁混合并完全沉浸在水中，以300转/分的速率搅拌60分钟，收集沉淀物，用水洗净后置于烘箱中，在130℃下干燥，并磨细至0.05毫米以内，得纳米铁氧化物备用，其中硫酸镁、氢氧化钠混合液与硫酸镁粉末、氯化铁的质量比为25：8：1；
（4）将粉煤灰磨细至0.05毫米，筛选后与水充分混合，通过磁选机磁选除铁后过滤烘干，浸没于2mol/L硫酸溶液中，搅拌20分钟后过滤，再将其送入烘箱中，于105℃烘干2小时，得到改性粉煤灰，将其与炭粉、纳米铁氧化物按质量比18：1：2混合后沉浸于1mol/L硝酸锌溶液中，搅拌30分钟后过滤，收集固体并在100℃下烘干粉碎，得到粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末备用；
（5）将椰壳纤维、步骤4所得粉末混合加入到壳聚糖溶液中，再向其中加入环氧氯丙烷，搅拌20分钟后升温至60℃，继续搅拌15分钟，过滤后用清水洗去剩余聚丙烯酸和环氧氯丙烷，其中椰壳纤维、粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末、环氧氯丙烷、壳聚糖溶液的质量比为5：1：0.3：18，烘干后即得本发明重金属稳定剂。

Claims (5)

1.一种椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂，其特征在于通过以下方法制备：
（1）将椰壳烘干后切碎成小块，浸没于4-5g/L的醋酸溶液中60-90分钟，取出后清水洗至中性，再将其浸没于10-15%的氢氧化钠、3-4%的碳酸钠混合溶液中加热至60-80℃，蒸煮120-150分钟，冷却后取出用清水洗至中性，得预处理椰壳纤维备用；
（2）将壳聚糖溶于30-40%的聚丙烯酸溶液中，搅拌均匀得到壳聚糖溶液；
（3）将0.5mol/L硫酸镁溶液和1mol/L氢氧化钠溶液等体积混合，搅拌10-15分钟后再向其中加入硫酸镁粉末，并于110-120℃下加热10-12小时，经自然冷却后得到固体沉淀，干燥后与氯化铁混合并完全沉浸在水中，以300-350转/分的速率搅拌60-90分钟，收集沉淀物，用水洗净后置于烘箱中，在130-150℃下干燥，并磨细至0.05毫米以内，得纳米铁氧化物备用；
（4）将粉煤灰浸没于2mol/L硫酸溶液中，搅拌20-30分钟后过滤，再将其送入烘箱中，于105-110℃烘干2-3小时，得到改性粉煤灰，将其与炭粉、纳米铁氧化物按质量比（16-18）：1：（1-3）混合后沉浸于1mol/L硝酸锌溶液中，搅拌30-40分钟后过滤，收集固体并在100-105℃下烘干粉碎，得到粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末备用；
（5）将椰壳纤维、步骤4所得粉末混合加入到壳聚糖溶液中，再向其中加入环氧氯丙烷，搅拌20-30分钟后升温至60-70℃，继续搅拌15-20分钟，过滤后用清水洗去剩余聚丙烯酸和环氧氯丙烷，烘干后即得本发明重金属稳定剂。
2.根据权利要求1所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中壳聚糖添加量为聚丙烯酸溶液质量的18-26%。
3.根据权利要求1所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中硫酸镁、氢氧化钠混合液与硫酸镁粉末、氯化铁的质量比为（24-25）：（7-10）：（1-1.5）。
4.根据权利要求1所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中粉煤灰使用前先磨细至0.05毫米，筛选后与水充分混合，通过磁选机磁选除铁后过滤烘干。
5.根据权利要求1所述的椰壳纤维复合纳米铁氧化物重金属稳定剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中椰壳纤维、粉煤灰固载纳米铁氧化物粉末、环氧氯丙烷、壳聚糖溶液的质量比为（4-5）：（1-1.5）：（0.2-0.4）：（15-20）。
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