申请日2015.04.27
公开(公告)日2015.08.12
IPC分类号B01J20/26; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种用于含铬污水处理的纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，本发明以吡咯单体为基体，纳米四氧化三铁粒子为填料，以三氯化铁为原料和氧化剂，在超声条件下氧化聚合而得聚吡咯/四氧化三铁/氯化银纳米复合材料。本发明所制备的聚吡咯/四氧化三铁/氯化银纳米复合材料对不同浓度(600～1000mg/L)的含铬污水在30min的吸附率都超过99%。在对1g/L的含铬污水处理研究发现，30min后吸附率超过99%，最大吸附量为99.95mg/g。本发明合成工艺简单，操作方便，反应条件温和，对含铬污水吸附效率高，作为磁性复合材料又可二次利用，具有良好的工业化生产前景。
权利要求书
1.一种用于含铬污水处理的纳米复合材料，其特征在于：所述的纳 米复合材料是聚吡咯/四氧化三铁/氯化银纳米复合材料。
2.一种制备如权利要求1所述的用于含铬污水处理的纳米复合材料 的方法，其特征在于：所述方法是以吡咯单体为基体，纳米四氧化三 铁粒子为填料，同时引入银离子，以三氯化铁为原料和氧化剂，在超 声条件下氧化聚合而得聚吡咯/四氧化三铁/氯化银纳米复合材料。
3.如权利要求2所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
先将Fe3O4、无水乙醇和十二烷基磺酸钠于室温下超声分散1 h;在冰水浴下继续超声反应15～30min，Fe3O4与无水乙醇的重量体 积比为0.2:5-15g/mL，Fe3O4与十二烷基磺酸钠的重量比为100:1-3; 然后往混合溶液中加入吡咯单体超声分散5-10min，吡咯单体与 Fe3O4的体积重量比为1-2:1-2mL/g，接着再加入AgNO3溶液，AgNO3与吡咯的重量体积比是1-5:100g/mL，再往混合溶液中缓慢滴加FeCl3溶液，FeCl3与吡咯的摩尔比是2.33-1:1，继续反应2h，于室温下搅 拌反应4～6h，最后洗涤过滤，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在50℃下 真空干燥24h得目标产物。
4.如权利要求3所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：Fe3O4与无水乙醇的重量体积比为0.2:10 g/mL。
5.如权利要求3所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：Fe3O4与十二烷基磺酸钠的重量比为100:1。
6.如权利要求3所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：吡咯单体与Fe3O4的体积重量比为2:1 mL/g。
7.如权利要求3所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：AgNO3与吡咯的重量体积比是3:100g/mL。
8.如权利要求3所述的用于含铬污水处理的聚吡咯基纳米复合材料 的制备方法，其特征在于：FeCl3与吡咯的摩尔比是2.33:1。
说明书
一种用于含铬污水处理的纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种用于含铬污水处理 的纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代社会经济和科技的高速发展，水体污染日益成为威胁和 制约人群健康和发展的重要因素。目前国内外对含重金属污水处理的 方法主要有氧化还原法、滤膜法、吸附分离、微生物综合治理等物理 化学方法。其中吸附法以成本少，操作简单而广泛应用。吸附法主要 是利用吸附剂较大的比表面积、较高的表面能以及对污染物有较强的 吸附能力，从而达到去除的目的。其优点在于吸附剂与吸附质之间的 吸附反应具有速度快、效率高、适应性强和易操作等。因此，开发具 有大的比表面积、高活性表面位点和快速吸附速率的纳米材料成为吸 附法污水处理的新兴技术，已引起广泛关注。
复合型吸附材料通常是指将两种或两种以上的不同材料通过某 种方法途径复合而形成的一种具有吸附功能的新型材料。这种复合型 吸附材料对某些特定离子或分子具有选择性亲和作用，得到的复合材 料拥有单一材料所不具备的优异性能，成为现代吸附与分离技术不可 或缺的重要组成部分之一。
导电聚合物/无机复合型材料是将有机相导电聚合物和无机相材 料以某种方式结合起来而形成的新型材料。它整合了导电聚合物和无 机材料的性能，使复合型材料呈现出一种协同效应，大大提髙和改善 复合材料的吸附性能，亲水性能，热稳定和化学稳定性，机械和结构 性能等，这些优异的性能是单一材料所不具有的。Ahmad等合成一 种新型的聚苯胺/氧化铁纳米复合材料吸附剂，研究发现，在测试温 度范围内，该复合材料对酰胺黑吸附动力学模型复合拟二级动力学方 程。Nan等研究了ZnLa0.02Fe1.98O4/PPy对污水中甲基橙(MO)的吸 附活性。研究表明，具有核-壳结构的该复合材料对于MO的最大吸 附量为76.34mg g-1，实验数据符合Langmuir模型下的单层吸附。但 从大量的文献看出，导电聚合物/磁性纳米材料的研究还处于特定形 貌复合材料的合成研究阶段，对于在污水处理应用方面的研究报道非 常有限。正是由于聚合物/无机复合材料独特的结构，优越的性能和 和潜在的应用前景，引起了研究者们广泛的兴趣，正在成为材料科学 研究领域的热点之一。
纳米铁氧体作为一种新型吸附剂越来越受到国内外学者的关 注。它不但具备了纳米材料比表面积大、反应活性高，且具有效果优、 成本低、可以利用磁分离的优点。这使得重金属的回收利用得以简单 实现，杜绝了二次污染等问题，使得这种优异吸附剂的研究更加引 人瞩目。Chowdhury等研究了混合α-Fe2O3-Fe3O4纳米粒子作为吸附 剂对Cr(Ⅵ)的去除率。研究表明，吸附能力的提高随反应温度的升高 和自由能的降低而增加，将混合α-Fe2O3-Fe3O4纳米粒子吸附除去 Cr(Ⅵ)的机制假定为两者之间的静电引力和不同价态铬之间的氧化 还原的结果。
因此，通过利用制备的聚吡咯/四氧化三铁/氯化银纳米复合材料 去除废水中常见Cr6+离子，为今后重金属污染的去除研究提供参考， 并发展一种具有开发潜力的新型纳米修复材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于含铬污水处理的纳米复合材料及 其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明的用于含铬污水处理的纳米复合材料是聚吡咯(PPy)/ 四氧化三铁/氯化银纳米复合材料。
本发明的用于含铬污水处理的纳米复合材料的制备方法是以吡 咯单体为基体，纳米四氧化三铁粒子为填料，同时引入少量银离子， 以三氯化铁为原料和氧化剂，在超声条件下氧化聚合而得聚吡咯/四 氧化三铁/氯化银纳米复合材料。
本发明的用于含铬污水处理的纳米复合材料的制备方法的具体 步骤如下：
先将Fe3O4、无水乙醇和十二烷基磺酸钠于室温下超声分散1 h;在冰水浴下继续超声反应15～30min，Fe3O4与无水乙醇的重量体 积比为0.2:5-15g/mL，Fe3O4与十二烷基磺酸钠的重量比为100:1-3; 然后往混合溶液中加入吡咯单体超声分散5-10min，吡咯单体与 Fe3O4的体积重量比为1-2:1-2mL/g，接着再加入AgNO3溶液，AgNO3与吡咯的重量体积比是1-5:100g/mL，再往混合溶液中缓慢滴加FeCl3溶液，FeCl3与吡咯的摩尔比是2.33-1:1，继续反应2h，于室温下搅 拌反应4～6h，最后洗涤过滤，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在50℃下 真空干燥24h得目标产物。
优选：Fe3O4与无水乙醇的重量体积比为0.2:10g/mL。
优选：Fe3O4与十二烷基磺酸钠的重量比为100:1。
优选：吡咯单体与Fe3O4的体积重量比为2:1mL/g。
优选：AgNO3与吡咯的重量体积比是3:100g/mL。
优选：FeCl3与吡咯的摩尔比是2.33:1。
本发明的积极效果如下：
本发明以吡咯单体为基体，纳米四氧化三铁粒子为填料，以三氯 化铁为原料和氧化剂，在超声条件下氧化聚合而得聚吡咯/四氧化三 铁/氯化银纳米复合材料。本发明所制备的聚吡咯/四氧化三铁/氯化银 纳米复合材料对不同浓度(600～1000mg/L)的含铬污水在30min的 吸附率都超过99%。在对1g/L的含铬污水处理研究发现，30min后 吸附率超过99%，最大吸附量为99.95mg/g。
本发明合成工艺简单，操作方便，反应条件温和，对含铬污水吸 附效率高，作为磁性复合材料又可二次利用，具有良好的工业化生产 前景。
