[发明专利]一种具有一维核壳结构的载碳磁性纤维材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其是含六价铬离子的水处理，特别涉及一种去除水体六价铬的碳基磁性纤维材料及其制备方法。

背景技术

近年来，对含六价铬废水的处理成为环境工作者关注的热点问题。铬在工业生产中是一种被广泛使用的重金属。电镀、印染及铬盐化工生产等均是含铬废水的主要来源。水体中重金属铬通常以Cr(III)和Cr(VI)两种价形态存在，其中Cr(VI)毒性最大，是美国EPA确认的129种危险污染物之一。Cr(VI)具有良好的水溶性、强氧化性及易迁移性，可穿透生物膜并通过生物链进行富集传递，对人体有致癌、致畸、致突变的危害，对自然环境也具有严重的破坏作用，是当前最为严重的环境公害之一。

用于处理含铬废水的主要方法包括沉淀法、化学还原法、离子交换法、电化学法以及吸附法等。其中吸附法被认为是最具应用前景的治理方法，而吸附材料是吸附法处理含铬废水的关键。用于含铬废水处理的吸附材料主要有活性炭、高分子吸附剂、生物材料吸附剂和工业固体废弃物等。但这些材料存在或处理容量小、效率低下，或再生性差、成本高等缺陷，此外，吸附材料与处理母液的分离困难，操作繁琐且成本高。

生物吸附材料或工业固体废弃物虽本身成本较低、但要达到良好的六价铬去除效果，往往需要特定的处理工艺。如文献“Journal of Colloid and Interface Science 349 (2010) 256–264” 提出利用小麦废弃物去除水体六价铬，但需要对小麦废弃物采用环氧氯丙烷、二亚乙基三胺、三乙胺硼烷等在特定的条件下修饰；专利CN102380355B公布的生物质材料以蛋壳膜（ESM）为六价铬的解毒吸附剂,但需用聚乙烯亚胺（PEI）改性，增加了处理成本；文献“Journal of Hazardous Materials 150 (2008) 446–452”、“ Chemical Engineering Journal 184 (2012) 238–247”中用未经处理的生物材料稻草、花生壳虽然处理六价铬，虽然吸附材料成本低廉，但其去除容量低，处理中吸附材料消耗量大，难以在实践中推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种制备成本低廉、水体六价铬处理效果好、分离回收方便的载碳磁性纤维材料的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种具有一维核壳结构的载碳磁性纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备草酸铁钴纳米纤维

将可溶性钴盐、二价铁盐的乙二醇-水溶液与草酸或草酸盐的乙二醇-水溶液在反应器中混合后密封静置，所述可溶性钴盐与二价铁盐的物质量之比为1:2，金属阳离子（可溶性钴盐和二价铁盐）与阴离子（草酸根离子）物质量之比为1:1～3，反应温度为100～200℃，静置时间为10～24h，之后冷却至室温，然后将料液抽滤干燥后制得草酸铁钴纳米纤维；

（2）制备铁酸钴纳米纤维

将步骤（1）中所得的草酸铁钴纳米纤维在空气气氛下煅烧，采用程序升温法：静态空气气氛，煅烧温度300～500℃，升温速率1～5℃/min，煅烧时间2～4h，可得铁酸钴纳米纤维；

（3）制备载碳铁酸钴纤维磁性材料

将步骤（2）中所得的铁酸钴纳米纤维在可溶性淀粉水溶液中水热处理，所述铁酸钴纳米纤维与可溶性淀粉质量比为1:1～10，水热活化时间10～24h，活化温度为160℃～200℃，待冷却至室温后，磁性分离、洗涤、干燥，可得目标产物：载碳铁酸钴纤维磁性材料。

进一步的，所述步骤（1）中的可溶性二价铁盐为硫酸亚铁铵或硫酸亚铁；所述的可溶性钴盐为氯化钴、硫酸钴或硝酸钴；所述的草酸盐为草酸、草酸钠或草酸钾。

进一步的，所述步骤（1）乙二醇-水溶液中乙二醇与水的体积比为3:1。

本发明制备方法得到的载碳磁性纤维材料可以应用于去除水体六价铬。

进一步的，上述载碳磁性纤维材料25℃时对水体六价铬的最佳去除时间为25～35 h。

本发明的纤维磁性复合材料对水体中六价铬去除机理如下：生物质-可溶性淀粉碳化后均匀涂布于铁酸钴磁性纤维表面，且其水热碳化在表面富含羟基、羧基基团，这些基团在特定pH条件下可通过静电相互作用、离子交换以及由于重铬酸根离子的强氧化性而产生的还原等方式，达到去除水体六价铬污染物、净化水体的目的。

与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果是：