[发明专利]一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料及其制备方法与应用。本发明利用碱法制浆造纸黑液与丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐、交联剂、引发剂制备具有交联互穿网络大分子和高渗透性的凝胶复合材料，并在其内部通过原位合成的方法生成纳米羟基氧化铁，制备方法简单易行，并创新实现了碱法制浆造纸黑液的回收利用，节约成本，减少环境污染。本发明所得到的复合材料中纳米羟基氧化铁均匀地分布，该复合材料的互穿网络结构有效阻止了纳米羟基氧化铁的聚集和脱落，为纳米羟基氧化铁的分散及固定提供了合适的场所，对重金属的吸附去除效果明显，在去除重金属领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，特别涉及一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

Pb在自然界中广泛存在，但土壤及水体环境中的Pb污染主要来源于人类的各种工业活动及交通运输。Pb及其化合物因其不可降解的有毒污染的特性已经成为我国68种优先控制的污染物之一，另外Pb能够通过食物链、河流、地下水等各种途径进而危害人体健康。

目前，研究及应用较为广泛的治理环境中Pb的方法主要有：一是利用植物、微生物等生物化学的方法。通过植物或者微生物对重金属Pb的吸收、积累、絮凝，从而将环境中的重金属Pb浓度降低，达到污染修复的效果。该方法具有处理效率高、成本较低、选择性高等优点，但是也存在微生物吸附活性难以控制，不易保存，植物修复处理则实施周期长，处理重金属Pb的浓度有限等不足。二是不改变重金属化学形态，利用吸附、膜分离、萃取等手段去除重金属离子的物理化学法。常见的方法为吸附法，具有操作简单、选择性好、去除效率高、能处理低浓度的含铅废水等优点，但常用的吸附剂如活性炭存在使用寿命较短等缺陷。因此选用一种合适的材料进行吸附成为处理重金属的关键因素。

随着环境分子科学的迅速发展，在污染环境修复研究中，纳米修复剂成为新的研究热点，通过对重金属离子的吸附作用，形成沉淀-共沉淀，从而降低重金属在环境中转化、迁移及生物有效性。纳米材料在物理性能方面如光、磁、热等方面与普通材料不同，具有吸收、辐射、催化、吸附等新型特性，另外纳米修复剂含有大量微界面及微孔性可用于强化在其各种界面上的反应。羟基氧化铁具有较强的反应活性、催化性能及较大的离子交换量，因此应用范围广。羟基氧化铁表面具有类似羧甲基纤维素的大量羟基基团，在具有孔隙吸附能力的同时也具有一定的表面基团离子交换吸附能力，适合于重金属离子的吸附。但是羟基氧化铁纳米颗粒由于其纳米尺寸的大小，难以分离及颗粒容易结块，降低了吸附性能。因此通过选择合适的材料分散羟基氧化铁纳米颗粒，使其达到稳定吸附成为解决对铅的吸附及回收的关键手段。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料的制备方法；将纳米级羟基氧化铁(β-FeOOH)负载于木质素水凝胶。通过将水凝胶和纳米材料相结合，来解决现有技术中重金属吸附纳米材料易团聚和难以回收的问题，为重金属修复提供新的复合材料。所述的制备方法利用碱法制浆造纸黑液与丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐、交联剂(如N,N-亚甲基双丙烯酰胺)，引入引发剂(如过硫酸钾)制备具有交联互穿网络大分子和高渗透性的凝胶复合材料，并在其内部通过原位合成的方法生成纳米羟基氧化铁，该复合材料的互穿网络结构阻止了纳米羟基氧化铁的聚集和脱落。

本发明的另一目的在于提供一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料，该材料将纳米羟基氧化铁分散和固定，利用羟基氧化铁表面的大量羟基基团与Pb的反应和纳米颗粒自身的吸附性能实现对Pb的吸附；该复合材料强度高、渗透吸水性高，可以实现回收，以达到彻底去除铅的目的。

本发明的又一目的在于提供所述的纳米羟基氧化铁凝胶复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种纳米羟基氧化铁凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)加入溶剂使丙烯酰胺(AM)、碱法制浆造纸黑液、顺丁烯二酸酐(MAH)和交联剂混合均匀，再加入可溶性亚铁盐混合均匀；