[发明专利]去除饮用水中丹宁酸的BC-CuFe2O4磁性复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于吸附饮用水中丹宁酸的竹炭-铁酸铜（BC-CuFe₂O₄）磁性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

丹宁酸是自然界中典型的可溶性有机物（DOM），其分子结构与腐殖酸相似，以多元苯环为骨架，分子中含有羟基、羧基等官能团，其多酚羟基的结构赋予它独特的化学特性和生理活性。它既是一种强固定剂，能固定许多蛋白质以及糖类衍生物，又是一种媒染剂，能增强对某些重金属的吸收。有研究表明，丹宁酸具有抗炎症作用，但也是大骨节病的致病因素之一，在饮用水氯消毒过程中可与氯结合后最终生成三氯甲烷类（THMs）强致癌物质。随着丹宁酸在日化、医药、食品行业中广泛应用，丹宁酸废水排入到环境中会带来一系列的水环境生态问题。因此，丹宁酸已成为饮用水安全控制对象，高效去除饮用水中丹宁酸对于饮用水安全控制意义重大。

目前，常用的去除水体中丹宁酸的技术有混凝沉淀法、氧化法、吸附法、电化学法、膜蒸馏法和生物法等。随着合成技术的发展，吸附法因其处理速度快、效率高等优势，被广泛用于去除饮用水中难以降解的有机污染物。很多学者对吸附法去除水体中的丹宁酸进行了研究，如王津南等曾在《高分子学报》2010年第1期96-101页系统研究了氨基修饰超高交联树脂对丹宁酸的吸附行为，其饱和吸附量为24.43mg/g，但难以满足对饮用水中众多有机污染物酚类物质的控制要求。黄健花等曾在《林产化学与工业》2011年第31卷第3期50-54页中利用十八烷基三甲基氯化铵改性凹凸棒土吸附丹宁酸，其饱和吸附量能达到190mg/g。这些对于丹宁酸的吸附去除研究大都依靠吸附剂的密集孔结构、高比表面积等特性，或通过表面各种活性基团与吸附剂形成各种化学键，最终达到具有吸附丹宁酸的目的。然而，吸附量较低或成本较高是制约此类吸附剂在去除饮用水中丹宁酸应用中的主要制约因素。因此，寻求高效、廉价的新型吸附剂对于去除饮用水中丹宁酸意义重大。

天然多孔材料——竹炭（BC）具有比表面积大、孔隙率高，是一种良好的多孔吸附剂，广泛用于工业、农业、电子、医疗卫生、环境保护等领域。但由于竹炭为弱极性物质，去除饮用水中丹宁酸的能力较弱。为改善其吸附能力，本发明采用化学共沉淀法，将具有磁性的铁酸铜（CuFe₂O₄）与竹炭进行复合改性，以增加竹炭表面酸碱官能团的种类及数量，从而提高竹炭对丹宁酸的吸附能力。同时，制得的竹炭-铁酸铜复合物具有良好的磁性，可方便地利用磁分离法回收。

发明内容

本发明的目的是针对饮用水中丹宁酸的去除而提供一种不仅具有较强吸附性能还具有磁性的新型吸附材料——竹炭-铁酸铜复合物。为改善竹炭吸附能力，本发明采用化学共沉淀法，将具有磁性的铁酸铜（CuFe₂O₄）与竹炭进行复合改性，以增加竹炭表面酸碱官能团的种类及数量，从而提高竹炭对丹宁酸的吸附能力。同时，制得的竹炭-铁酸铜复合物具有良好的磁性，可方便地利用磁分离法回收。

本发明一种用于去除饮用水中丹宁酸的BC-CuFe₂O₄磁性复合材料，其特征在于是竹炭-铁酸铜复合物，是将竹炭制成粉末，与通过化学共沉淀法制得的铁酸铜进行复合反应而得到。

本发明的制备方法是：将市购粒径为10-20mm的竹炭颗粒制备成粉末，然后与通过化学沉淀法制得的铁酸铜进行复合反应，获得既有吸附功能又有磁性的新型复合吸附材料。

本发明具体制备方法如下：

（1）竹炭预处理：将竹炭用蒸馏水煮沸，去除竹炭表面附着的粉尘及其它残留物，经过滤后烘干，再将粒径为10-20mm的干燥竹炭颗粒用球磨机磨成粒径小于80目的粉末状备用；

（2）竹炭-铁酸铜复合物的制备：通过化学共沉淀法制备铁酸铜，CuSO₄·5H₂O与Fe₂(SO₄)₃的摩尔比为1:1，后加入竹炭粉，使其与铁酸铜的质量比为1:2，进行复合反应，即得到竹炭-铁酸铜复合物BC-CuFe₂O₄。