CN113773841A - 一种土壤修复材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤修复用材料，其特征在于，采用如下工艺制备，(1)将KMnO4和MnSO4、聚丙烯腈溶解于乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，混合均匀形成静电纺丝外液；(2)将聚乙二醇溶于乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液；(3)将外液和内液进行同轴静电纺丝，随后空气气氛下热处理，得到中空形貌的β‑MnO2纳米纤维；(4)将氯化亚铁、钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，随后将中空形貌的β‑MnO2纳米纤维浸泡于混合液中，在90‑120℃超声条件下反应10‑12h，得到β‑MnO2‑Fe2O3‑TiO2纳米纤维，本申请的土壤修复用材料对土壤中的重金属以及有机污染物有高效的去除效率。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复领域，尤其涉及一种β-MnO2-Fe2O3-TiO2纳米纤维及其制备方法。
背景技术
随着工业社会的高度发展，土壤污染问题日益受到广泛关注，土壤污染源主要为有机污染以及重金属污染，重金属和有机物(如苯系有机物以及多环芳烃等)不能被土壤中的微生物所分解，会长期积累在土壤中，并且随着食物链威胁到人体健康。因此，研发高效的土壤修复材料具有重要的现实意义。
CN111889109A公开了一种用于水土污染协同控制的铁锰改性生物炭催化材料，所述铁锰改性生物炭催化材料包括生物炭及负载到生物炭表面上的Fe3O4颗粒与MnO2颗粒；其中，所述Fe3O4颗粒由三价铁与二价铁通过均价法制备获得，MnO2颗粒为七价锰与二价锰通过均价法制备获得。此外，本发明公开了一种制备上述铁锰改性生物炭催化材料的制备方法，包括步骤：步骤A：将MnO2颗粒负载于生物炭上；步骤B：将Fe3O4颗粒负载于生物炭上；步骤C：将经过步骤A和B处理后的生物炭洗涤干燥后，获得铁锰改性生物炭催化材料。
CN112795051A公开了一种负载纳米零价铁的多孔聚噻吩纳米薄膜的制备方法，属于土壤修复剂技术领域，包括以下步骤：(1)结合电化学聚合及化学氧化法制备多孔聚噻吩纳米薄膜；(2)采用液相还原法制备负载纳米零价铁的多孔聚噻吩纳米薄膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种土壤修复用材料及其制备方法，制备工艺简单，成本低，容易实现工业化生产，具有较好的土壤修复效果。
一种土壤修复用材料，其特征在于，采用如下工艺制备，
(1)将KMnO4和MnSO4、聚丙烯腈溶解于乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，混合均匀形成静电纺丝外液；
(2)将聚乙二醇溶于乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液；
(3)将外液和内液进行同轴静电纺丝，随后在300-400℃的空气气氛下热处理，得到中空形貌的β-MnO2纳米纤维；
(4)将氯化亚铁、钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，随后将中空形貌的MnO2纳米纤维浸泡于混合液中，在90-120℃超声条件下反应10-12h，得到β-MnO2-Fe2O3-TiO2纳米纤维。
优选的，KMnO4和MnSO4的摩尔比为1：(0.3-0.6)；
优选的，MnSO4：聚丙烯腈：乙二胺四乙酸的质量比为1：(3-5)：(2-3)；
优选的，氯化亚铁和乙醇胺的质量比为1：(2-3)；
优选的，超声功率为50-80w；
有益效果：
本申请采用静电纺丝工艺制备得到三维网络空心状的β-MnO2纳米纤维，孔隙率高，活性面积大，能够将污染物通过物理吸附富集于空隙中，将其作为载体负载二氧化钛和Fe2O3，乙醇胺保证了纳米颗粒的均一性，避免颗粒的长大，高比表面积的三位网络结构不仅利于提高二氧化钛和Fe2O3的负载量，同时有效的避免了颗粒的团聚；β-MnO2-Fe2O3-TiO2在界面存在电荷转移从而降低光生电子空穴对的复合速率，进而提高催化效率；引入磁性Fe2O3使符合材料容易回收，不会造成二次污染，可用于去除水相中存在的铬、硒、砷、铅等重金属以及苯等芳香族化合物。
附图说明
图1为β-MnO2的XRD图。
具体实施方式
实施例1
(1)将2mmol的KMnO4和1mmolMnSO4、聚丙烯腈溶解于10ml乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，MnSO4：聚丙烯腈：乙二胺四乙酸的质量比为1：3：2，超声混合均匀形成静电纺丝外液；
(2)将聚乙二醇溶于10ml乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液，聚丙烯腈：聚乙二醇的质量比例为1：1；
(3)将外液和内液进行同轴静电纺丝，设定正高压为10kV，负高压为-2kV，推注速度为3mL/h，正负极的距离为12cm，纺丝时间为2h，随后在300℃的空气气氛下热处理，得到中空形貌的β-MnO2纳米纤维；
(4)将0.3mmol氯化亚铁、0.3mmol钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，氯化亚铁和乙醇胺的质量比为1：2，随后将中空形貌的MnO2纳米纤维浸泡于混合液中，在120℃超声条件下反应10h，得到β-MnO2-Fe2O3-TiO2纳米纤维。
实施例2
(1)将2mmol的KMnO4和1mmol MnSO4、聚丙烯腈溶解于10ml乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，MnSO4：聚丙烯腈：乙二胺四乙酸的质量比为1：3：2，超声混合均匀形成静电纺丝外液；
(2)将聚乙二醇溶于10ml乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液，聚丙烯腈：聚乙二醇的质量比例为1：1；
(3)将外液和内液进行同轴静电纺丝，设定正高压为10kV，负高压为-3kV，推注速度为3mL/h，正负极的距离为12cm，纺丝时间为3h，随后在300℃的空气气氛下热处理，得到中空形貌的β-MnO2纳米纤维；
(4)将0.2mmol氯化亚铁、0.2mmol钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，氯化亚铁和乙醇胺的质量比为1：2，随后将中空形貌的MnO2纳米纤维浸泡于混合液中，在120℃超声条件下反应10h，得到β-MnO2-Fe2O3-TiO2纳米纤维。
对比例1
(1)将2mmol的KMnO4和1mmol MnSO4、聚丙烯腈溶解于10ml乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，MnSO4：聚丙烯腈：乙二胺四乙酸的质量比为1：3：2，超声混合均匀形成静电纺丝外液；
(2)将聚乙二醇溶于10ml乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液，聚丙烯腈：聚乙二醇的质量比例为1：1；
(3)将外液和内液进行同轴静电纺丝，设定正高压为10kV，负高压为-3kV，推注速度为3mL/h，正负极的距离为12cm，纺丝时间为3h，随后在300℃的空气气氛下热处理，得到中空形貌的β-MnO2纳米纤维。
对比例2
将0.2mmol氯化亚铁、0.2mmol钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，氯化亚铁和乙醇胺的质量比为1：2，在120℃超声条件下反应10h，得到Fe2O3-TiO2。
性能测试：
将实施例1-2以及对比例1-2用于Cd-多环芳烃复合污染土壤的修复，其中，土壤中Cd含量为100mg/kg，苯酚含量为280mg/kg，测试其对Cd和苯酚的去除率：
| Cd去除率 | 苯酚去除率 | |
| 实施例1 | 94.5％ | 98.1％ |
| 实施例2 | 92.1％ | 97.3％ |
| 对比例1 | 79.1％ | 77.2％ |
| 对比例2 | 83.1％ | 87.9％ |
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求等同物限定。
Claims (5)
1.一种土壤修复用材料，其特征在于，采用如下工艺制备，
(1)将KMnO4和MnSO4、聚丙烯腈溶解于乙二醇中，随后加入乙二胺四乙酸，混合均匀形成静电纺丝外液；
(2)将聚乙二醇溶于乙二醇中，混合均匀形成静电纺丝内液；
(3)将静电纺丝外液和内液进行同轴静电纺丝，随后在300-400℃的空气气氛下热处理，得到中空形貌的β-MnO2纳米纤维；
(4)将氯化亚铁、钛酸四丁酯和乙醇胺溶于去离子水中形成混合液，随后将中空形貌的MnO2纳米纤维浸泡于混合液中，在90-120℃超声条件下反应10-12h，得到β-MnO2-Fe2O3-TiO2纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种土壤修复用材料，KMnO4和MnSO4的摩尔比为1：(0.3-0.6)。
3.根据权利要求1-2所述的一种土壤修复用材料，MnSO4：聚丙烯腈：乙二胺四乙酸的质量比为1：(3-5)：(2-3)。
4.根据权利要求1-3所述的一种土壤修复用材料，氯化亚铁和乙醇胺的质量比为1：(2-3)。
5.根据权利要求1-4所述的一种土壤修复用材料，超声功率为50-80w。
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| CN109248692A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-22 | 昆明理工大学 | 一种氰化氢水解增效催化剂的制备方法及应用 |
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2021
- 2021-09-14 CN CN202111071747.2A patent/CN113773841B/zh active Active
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 何建新: "《新型纤维材料学》", 31 July 2014, 东华大学出版社 * |
| 陈仁忠等: "静电纺MnO2/PAN纳米纤维膜的制备及其催化氧化甲醛性能", 《纺织学报》 * |
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