一種富含羧基并可磁性回收的重金屬吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種富含羧基并可磁性回收的重金屬 吸附劑的制備方法，尤其涉及一種一步法制備Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于近幾十年工業(yè)化進(jìn)程的加快，水污染問題日益嚴(yán)重，特別是水中重金屬污染 受到越來越多的關(guān)注。重金屬不同于有機(jī)污染物，重金屬污染不能被生物降解，一旦進(jìn)入人 體內(nèi)就很難被排出體外。重金屬在生物體內(nèi)具有累積效應(yīng)，生物從環(huán)境中攝取的重金屬在 食物鏈各級生物的逐級同化和富集，最終會對處于食物鏈頂端的人類造成極大的傷害。重 金屬一旦進(jìn)入人體內(nèi)會導(dǎo)致人體機(jī)能紊亂和各種疾病，并且這種傷害是不可逆的，無法治 愈。
[0003] 針對重金屬廢水的治理，國內(nèi)外現(xiàn)已有多種治理技術(shù)，如化學(xué)沉淀，離子交換，電 絮凝、吸附等技術(shù)。目前，以化學(xué)沉淀發(fā)和吸附法應(yīng)用最為廣泛。吸附法因其具有原材料來 源豐富、成本低、吸附設(shè)備簡單和易操作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于處理各類污染廢水。
[0004] 碳材料是最為常見的重金屬吸附劑，其中尤以廉價(jià)的活性炭的應(yīng)用最為廣泛，但 是有兩個(gè)缺點(diǎn)制約了它的實(shí)際使用：
[0005] (1)由于在制備活性炭的過程中，需要在較高的溫度下進(jìn)行，使得碳表面大量的有 機(jī)官能團(tuán)流失，大大降低了活性炭對水中重金屬離子的吸附能力。此外由于大量有機(jī)官能 團(tuán)的流失，也降低了活性炭的親水性，不利于活性炭在水中的分散，促進(jìn)重金屬的吸附。
[0006] ⑵活性炭在吸附重金屬后，很難將活性炭從水中分離開來，必須使用傳統(tǒng)的離心 或者過濾進(jìn)行分離，從而增加了操作時(shí)間和成本。
[0007] 為了克服活性炭表面活性基團(tuán)少的缺點(diǎn)，提高活性炭對重金屬的吸附性能，目前 主要采用添加濃酸，濃堿和有機(jī)物對活性炭進(jìn)行表面修飾，使得活性炭表面具有一定的羧 基、胺基和磺酸根基團(tuán)等。這樣的表面修飾工藝增加了吸附劑的制備工序，并且增加了成 本。
[0008] 為克服吸附劑難從水中分離的缺點(diǎn)，將活性炭與具有磁性的單質(zhì)Fe、Fe30 4、 γ -Fe2O3進(jìn)行復(fù)合，可獲得可磁性回收的重金屬吸附劑。但是目前這類復(fù)合物均采用兩部 法進(jìn)行制備，即先在惰性氣氛下制備Fe3O4再和碳材料進(jìn)行復(fù)合，這使得整個(gè)的制備步驟復(fù) 雜，難以操作并增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種簡單的一步制備富含羧基并可磁性 回收的重金屬吸附劑的制備方法。制備過程在空氣下進(jìn)行，無需惰性氣體保護(hù)；制備過程 在較低溫度下進(jìn)行，無需高溫加熱。將其作為吸附劑去除水中的鉻離子、鎳離子和銅離子效 果明顯，吸附后，可進(jìn)行磁性回收。
[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種富含羧基并可磁性回收的重金屬吸附劑的制備方法， 該方法僅需兩種物質(zhì)為原料，以鐵鹽（三價(jià)鐵鹽或二價(jià)鐵鹽）為鐵源，以葡萄糖酸鹽為碳源 及螯合劑，在空氣狀態(tài)下采用低溫碳化法，一步制備Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料，具體的制備步 驟如下：
[0011] (1)按比例將葡萄糖酸鈉和鐵鹽溶解在水中，混合均勻，置于烘箱中烘干水分，形 成膠狀體；
[0012] (2)將步驟（1)制得的膠狀體，置于馬弗爐中進(jìn)行焙燒反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，蒸餾水 清洗，烘干，即獲得Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料。
[0013] 步驟（1)中，所述鐵鹽為三價(jià)鐵鹽或二價(jià)鐵鹽，所述葡萄糖酸鈉和鐵鹽的質(zhì)量之 比為1:2~10:1 ;
[0014] 步驟⑴中，所述烘干溫度為50-150°C ;
[0015] 步驟（2)中，所述焙燒反應(yīng)的溫度為200~500°C，反應(yīng)時(shí)間為2~IOh ;
[0016] 步驟（2)中，所述烘干溫度為60 °C。
[0017] 步驟⑵中，所述焙燒反應(yīng)的溫度為300°C，反應(yīng)時(shí)間為3h ;
[0018] 本發(fā)明所制備的Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料表面具有大量的羧基，F(xiàn)e 3O4納米顆粒均勻 地分散在片狀的羧基碳中的結(jié)構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明所制備的Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料能夠?qū)︺t離子、銅離子和鎳離子進(jìn)行高效 吸附，在對重金屬進(jìn)行吸附后，可進(jìn)行磁性回收。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：
[0021] (1)本發(fā)明基于Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的重金屬吸附劑的制備僅需要一種鐵源 (二價(jià)鐵鹽或三價(jià)鐵鹽）和葡萄糖酸鹽，通過一步反應(yīng)即可生成Fe3O4和羧基碳的復(fù)合物， 工藝簡單。
[0022] (2)整個(gè)反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行（低于400°C)，在空氣狀態(tài)下進(jìn)行，無需惰性氣體 保護(hù)。
[0023] (3)制備的Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料可快速吸附水中的水中的鉻離子、鎳離子和銅 離子。吸附后，可進(jìn)行磁性回收。
【附圖說明】
[0024] 圖1為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的XRD譜圖；
[0025] 圖2為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的Raman譜圖；
[0026] 圖3為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的紅外譜圖；
[0027] 圖4為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的SEM圖；
[0028] 圖5為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的TEM圖；
[0029] 圖6為Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的磁滯曲線；
[0030] 圖7為20mg Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料在體積為100mL，濃度均為6mg/L的鉻離子、 銅離子和鎳離子溶液中的吸附曲線圖；
[0031] 圖8為I. 0克Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料在濃度為176mg/L的含鎳電鍍廢水中的吸附 曲線圖；
[0032] 圖9為分別在200°C、500°C下制得的Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料的含鎳電鍍廢水的吸 附曲線圖。
[0033]
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不限于此。
[0035] 實(shí)施例1 :
[0036] 基于Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料重金屬吸附劑的制備：
[0037] (1)將3克的葡萄糖酸鈉和1克的FeSO4. 7H20溶解在15mL水中，攪拌均勻。
[0038] (2)將含有葡萄糖酸鈉和FeSO4. 7H20的水溶液在90°C的烘箱中將水分烘干，形成 黑色的膠狀體。
[0039] (3)將上述膠狀體放入馬弗爐中焙燒，溫度分別控制在200°C，300°C和500°C 下反應(yīng)3h。獲得的三種Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料分別標(biāo)記為Fe3O 4/羧基碳復(fù)合材料 (200°C )，F(xiàn)e3O4/羧基碳復(fù)合材料（300°C )和Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料（500°C )。
[0040] (4)反應(yīng)結(jié)束后，將固體取出用水清洗兩次，在60°C的烘箱中烘干即獲得Fe3O 4/羧 基碳復(fù)合材料。
[0041] 圖I XRD圖證明了制得的Fe3O4/羧基碳復(fù)合材料（300°C )中有Fe3O4的存在；
[0042] 圖2 Raman譜圖中的D