專利名稱：用于水溶液中重金屬離子Cr(VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料制備領(lǐng)域的膜分離技術(shù)，特別涉及一種用于水溶液中重金屬離子Cr (VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)廢水、廢氣和廢渣的不合理大量排放，導(dǎo)致我國部分地區(qū)的水體重金屬污染日趨嚴(yán)重。水體重金屬污染物的去除已成為我國亟待解決的最緊迫問題之一。水體重金屬污染離子主要包括砷(As)、鎘(Cd)、鎘(Cr)、萊(Hg)和鉛(Pb)等。其中Cr (VI)易被人體吸收，引起嘔吐、腹疼等短期癥狀，更為嚴(yán)重的是Cr (VI)在體內(nèi)蓄積后具有致畸、致癌和致突變作用，因此必須去除。目前，水體中Cr (VI)的去除方法主要有混凝法、離子交換法、膜分離法等。這些方法操作較為復(fù)雜、需對原水進(jìn)行預(yù)處理，投資高，且易造成二次污染。相對于以上幾種方法，吸附法具有操作簡單、運行成本低、吸附效率高等優(yōu)點。常用的吸附劑是活性炭，但顆?；钚蕴繉χ亟饘傥廴疚锏奈搅坑邢?，且難以回收再生；改性淀粉微球雖然具有很大的吸附量，但在全球糧食危機(jī)的現(xiàn)狀下，利用其作為吸附劑有待商榷。研究表明，納米鐵(包括零價鐵、氧化鐵和磁鐵礦等)對水中的As、Cd、Cr、Hg和Pb等離子均有很強(qiáng)的吸附能力，但納米粒子的粒徑非常小，在水中易失活和凝聚，磁性弱、不易徹底回收而可能殘留在水中，從而引起潛在的納米材料環(huán)境安全風(fēng)險；而且該材料無法重復(fù)利用，也增加了其后期實際應(yīng)用的成本。針對納米鐵不易回收的缺點，有研究將納米磁鐵礦(Fe3O4)固定于羥磷灰石、蒙脫石，聚氨酯泡沫、聚丙烯酸、殼聚糖等表面，但再生過程中，有機(jī)載體會水解導(dǎo)致其壽命較短，且存在有機(jī)載體水解后納米鐵的流失而引起的潛在環(huán)境安全風(fēng)險
發(fā)明內(nèi)容
鑒于納米Fe3O4粒子應(yīng)用于水體重金屬離子去除存在的實際問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于水溶液中重金屬離子Cr (VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法，該方法將納米Fe3O4粒子通過燒結(jié)的方法固定于多孔不銹鋼基體表面，得到一種高強(qiáng)度的去除水溶液中重金屬離子Cr (VI)的陶瓷膜材料，以避免納米Fe3O4粒子的流失引起的潛在環(huán)境安全風(fēng)險。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:一種用于水溶液中重金屬離子Cr (VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法，其特征在于，該方法在多孔不銹鋼表面制備Fe3O4膜，具體按如下步驟進(jìn)行:步驟一，制備鐵氧化物溶膠:A)鐵氧化物溶膠摩爾比配方:乙二醇冰=Fe (NO) 3 9H20=1:50:20 ;B)取配方量的去離子水和乙二醇，置于圓底燒瓶中，加熱至95°C 98°C ;(接近沸騰)；然后將0.5mol/L的Fe(OH)3 9H20溶液，逐滴加入圓底燒瓶中；滴加完畢后冷卻至室溫；加入適量氨水將PH調(diào)整到2，得到鐵氧化物溶膠；步驟二，F(xiàn)e3O4膜的制備:A)將步驟一制備的鐵氧化物溶膠稀釋至濃度為0.065mol/L，添加適量的聚乙烯醇作為黏合劑，攪拌均勻，放置陳化12h，得到涂膜液；B)然后采用常規(guī)的浸涂法在多孔不銹鋼表面進(jìn)行涂膜，涂膜后經(jīng)空氣干燥后，于850°C條件下進(jìn)行熱處理3h，即在多孔不銹鋼表面制得Fe3O4膜。本發(fā)明的方法在多孔不銹鋼表面制備的Fe3O4膜，對重金屬離子Cr (VI)具有吸附性能。


圖1是本發(fā)明在多孔不銹鋼表面上的Fe3O4膜的形貌，其中(a)是表面形貌，(b)是斷面形貌。圖2是水溶液中的Cr (VI)濃度隨過濾次數(shù)的變化曲線。以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式需要說明的是，以下的實施例只是較佳的例子，本發(fā)明并不限于這些實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明給出的范疇內(nèi)進(jìn)行技術(shù)特征的添加和替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實施例給出一種用于水溶液中重金屬離子Cr (VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法，即在多孔不銹鋼表面制備Fe3O4膜，具體按如下步驟進(jìn)行:(I)鐵氧化物溶膠制備A)鐵氧化物溶膠的摩爾比配方為:乙二醇冰:Fe (NO) 3 9H20=1:50:20 ;B)取配方量的去離子水和乙二醇置于圓底燒瓶中，加熱至95°C 98°C (接近沸騰)；然后取0.5mol/L的Fe (OH) 3 9H20溶液，逐滴加入圓底燒瓶中；滴加完畢后冷卻至室溫；加入適量氨水將PH調(diào)整到2，得到鐵氧化物(Fe3O4)溶膠。(2) Fe3O4 膜的制備:a)把鐵氧化物溶膠用去離子水稀釋至0.065mol/L ;在其中以每升稀釋溶膠的重量計，添加1%重量聚乙烯醇(PVA)作為黏合劑；攪拌均勻，放置陳化12h ;得到制膜液；b)采用常規(guī)的浸涂法進(jìn)行涂膜，涂膜時，攪拌制膜液，然后將多孔不銹鋼浸入制膜液中充分吸附制膜液，之后提拉出多孔不銹鋼基體，并甩掉表面過多的制膜液，這樣就在多孔不銹鋼基體上形成一層濕凝膠膜；c)將帶有濕凝膠膜的多孔不銹鋼基體置于空氣中干燥，干燥后將帶有干凝膠膜的多孔不銹鋼基體在850°C條件下熱處理3h，即可在多孔不銹鋼基體表面上得到Fe3O4膜，整個制備過程完成。在多孔不銹鋼基體表面得到的Fe3O4膜的表面形貌和斷面形貌如圖1所示。本實施例在多孔不銹鋼基體表面上得到的Fe3O4膜，經(jīng)發(fā)明人的試驗證明，對重金屬離子Cr (VI)的去除率在4次過濾后即可達(dá)到92.5%。
Fe3O4膜對重金屬離子Cr (VI)的去除性能試驗如下:I)按照上述方法在長度為30cm、內(nèi)徑10mm、壁厚1mm、孔徑I ii m的多孔不銹鋼管
內(nèi)表面制備Fe3O4膜；2)將該帶有Fe3O4膜的多孔不銹鋼管制作為死端過濾器，作為測試Cr (VI)去除性能測試的膜組件；3)利用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)配制500mL含2mg/L的Cr (VI)溶液作為被去除Cr(VI)的測試液；4)在0.12Mpa的透膜壓力下過濾Cr (VI)測試液，測試液流量8L/h，每過濾一次即測Cr (VI)濃度一次，Cr (VI)濃度利用國標(biāo)方法“二苯碳酰二肼分光光度法”測定；結(jié)果表明，在4次過濾后膜對Cr (VI)的去除率即可達(dá)到92.5%，如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種用于水溶液中重金屬離子Cr (VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法，其特征在于，該方法在多孔不銹鋼表面制備Fe304膜，具體按如下步驟進(jìn)行: 步驟一，制備鐵氧化物溶膠: A)鐵氧化物溶膠摩爾比配方:乙二醇:水=Fe(NO) 3 9H20=1:50:20 ； B)取配方量的去離子水和乙二醇，置于圓底燒瓶中，加熱至95°C 98°C;(接近沸騰)；然后將0.5mol/L的Fe (OH) 3 -9H20溶液，逐滴加入圓底燒瓶中；滴加完畢后冷卻至室溫；力口入適量氨水將PH調(diào)整到2，得到鐵氧化物溶膠； 步驟二，F(xiàn)e3O4膜的制備: A)將步驟一制備的鐵氧化物溶膠稀釋至濃度為0.065mol/L，添加適量的聚乙烯醇作為黏合劑，攪拌均勻，放置陳化12h，得到涂膜液； B)然后采用常規(guī)的浸涂法在多孔不銹鋼表面進(jìn)行涂膜，涂膜后經(jīng)空氣干燥后，于850°C條件下進(jìn)行熱處理3h，即在多孔不銹鋼表面制得Fe3O4膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇的用量是稀釋Fe3O4溶膠重量的1%。`
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水溶液中重金屬離子Cr(VI)去除的多孔不銹鋼基鐵氧化物膜的制備方法，該方法在多孔不銹鋼表面制備Fe3O4膜，包括制備鐵氧化物溶膠和Fe3O4膜的制備，在多孔不銹鋼表面得到的Fe3O4膜對重金屬離子Cr(VI)具有吸附性能。
文檔編號C02F1/62GK103100309SQ20131003197
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者李忠宏, 岳田利, 王建龍, 唐文志, 李榮華, 段旭昌, 衣雪梅 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)