一种利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法及其应用

摘要

一种利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法及其应用，属于废水处理技术领域。水溶纳米铁的制备方法包括的步骤为：(1)蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎、筛分至300～600μm，将山竹果皮颗粒与蒸馏水混合，加热至沸腾，冷却至室温后，过滤得到山竹果皮提取液。(2)室温条件下，将山竹果皮提取液与铁盐溶液以不同比例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁。本发明制备的水溶性纳米铁可用于催化降解废水中活性艳蓝KN-R和活性艳红K-2G染料，降解效率高。本发明利用山竹果皮绿色合成纳米铁的方法工艺简单，成本低，以废治废，即强化了山竹果皮的资源化利用，又去除了废水中的染料。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种利用植物绿色合成纳米铁的方 法以及其应用，具体涉及一种利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法及 其在催化降解染料的应用。

背景技术

近年来，由于纳米铁在处理水中有机或者无机污染物时具有较强的活性， 因此受到越来越多的关注。纳米铁可以通过化学和物理方法进行合成，例如， 用硼氢化钠还原二价或三价铁盐、真空喷溅法或者分解有机溶剂中的铁前体等 方法。然而，这些方法通常比较昂贵，需要特殊的仪器，需要消耗大量能源， 硼氢化钠或者有机溶剂也具有毒性、腐蚀性以及易燃性。同时，制备出来的纳 米铁由于活性太强而不易于保存。因此，使用自然界的物质作为还原剂来进行 纳米铁的绿色合成作为一种简单快捷，成本低以及环境友好的方法得到迅速发 展。在已有的研究中已经证明茶叶、葡萄等物质中的多酚可以还原铁盐合成水 溶性纳米铁，其活性强，抗氧化性强，不需要氮气等保护。然而，这些可食用 的物质不利于直接用于工业生产，所以，寻找废弃物作为原料进行纳米铁的绿 色合成会使这项研究变得更有意义。

山竹又名山竹子、蛮吉柿、凤果，是藤黄科藤黄属常绿乔木山竹的果实， 原产于印度尼西亚和马来西亚，在我国云南、广西、广东、福建等地也有种植。 山竹素有“果中皇后”之称，是一种典型的热带果实。果实可食用部分占 29%-45%，果皮呈紫褐色，占单果鲜重52%-68%，食用后会产生大量的果皮废 弃物，直接当做垃圾填埋或丢弃会造成资源的浪费和环境污染，所以需要对山 竹果皮进行利用，实现废弃物的资源化。山竹果皮中含有大量的粗纤维和果胶， 此外还有丰富的植物多酚类物质，但是国内外对山竹果皮中含量丰富的极性较 大的植物多酚类物质及其活性研究的报道较少。如果利用其制备纳米铁，可以 强化山竹果皮的资源化利用，也可以减少山竹果皮废弃物的产生，达到以废治 废的效果。目前，利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁，催化降解废水中的活 性艳蓝KN-R和活性艳红K-2G的方法及应用尚未见报道。

我国是世界上的染料工业大国，年产染料超过百万吨，居世界首位。据统 计染料在生产和处理染色过程中，有12%左右以废水形式排放到环境中。此外， 染料废水具有成分复杂、浓度大、色度高、排放量大和难于生化处理等特点， 一直是废水处理中的难题，已成为环境重点污染源之一。

活性艳蓝KN-R，是一种蒽醌染料，因为水溶性强、结构稳定、固色率高以 及染色牢度好，已成为目前比较重要的一类染料而得到广泛的应用。然而，蒽 醌类染料因为含有稳定的共轭结构，结构复杂难降解，存在潜在毒性。

活性艳红K-2G，是一种偶氮染料，具有色泽鲜艳和耐水洗等特点，因此被 广泛用于棉纺织品和化纤织品的染色工艺。由于偶氮键及苯环结构，并且偶氮 染料及其降解中间产物很多是有毒、难降解的三致物质，会对环境造成严重的 污染。

利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁并应用于染料废水的降解，将实现废 弃物的资源化利用，实现以废治废的目的，具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效、低成本、环保的纳米铁的 合成方法。

本发明同时提供水溶性纳米铁在催化降解废水中活性艳蓝KN-R和活性艳 红K-2G染料的应用方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法，其特征在于，在室温条 件下，山竹果皮提取液还原铁盐制备水溶性纳米铁。

上述利用山竹果皮提取液制备水溶性纳米铁分散液的方法，包括以下步骤：

(1)蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎、筛分至300～600μm，将山竹果皮颗粒 与蒸馏水混合，加热至沸腾，冷却至室温后，过滤得到山竹果皮提取液；

(2)室温条件下，将山竹果皮提取液与铁盐溶液以不同比例混合，振荡，摇匀， 即得到水溶性纳米铁分散液。干燥即的水溶性纳米铁。

上述加热时间优选为30～60min，每60g山竹果皮颗粒对应1L水。

铁盐选择氯化铁、硝酸铁、硫酸铁的一种或几种。

铁盐溶液的浓度优选0.1mol/L，山竹果皮提取液与铁盐溶液的混合体积比 例为5:1～1:5。

上述制备的水溶性纳米铁分散液用于催化降解废水中活性艳蓝KN-R和活 性艳红K-2G染料。

具体方法优选：室温下，将水溶性纳米铁分散液和浓度为10wt%的过氧化 氢水溶液加入到活性艳蓝KN-R或活性艳红K-2G染料溶液中，振荡或搅拌4小 时后，将处理后的溶液调至中性后排放。

水溶性纳米铁分散液与活性艳蓝KN-R或活性艳红K-2G染料溶液的体积比为 （1～5）：45。

优选活性艳蓝KN-R或活性艳红K-2G染料溶液与过氧化氢水溶液的体积比 为9:1。

优选活性艳蓝KN-R染料的浓度为125mg/L～750mg/L，活性艳红K-2G染料 的浓度为125mg/L～750mg/L。

本发明的有益效果体现在：

（1）与硼氢化钠还原二价或者三价铁盐、真空喷溅法或分解有机溶剂中的铁前 体等方法相比，本发明的利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法具有 工艺简单、廉价高效、对环境无害等优点。本发明的制备的水溶性纳米铁 可用于催化降解废水中的活性艳蓝KN-R和活性艳红K-2G染料。按照本 发明的方法处理3小时后，活性艳蓝KN-R染料的去除率高达99.29%，活 性艳红K-2G染料的去除率高达97.18%。

（2）本发明的利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁的方法，可以强化山竹果皮 的资源化利用，也可以减少山竹果皮废弃物的产生，达到以废治废的效果。

附图说明

图1为本发明制备的水溶性纳米铁的扫描电镜图。

图2为实施例1中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳蓝KN-R染料的浓度 时间变化图。

图3为实施例2中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳蓝KN-R染料的浓度 时间变化图。

图4为实施例3中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳蓝KN-R染料的浓度 时间变化图。

图5为实施例4中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳蓝KN-R染料的浓度 时间变化图。

图6为实施例5中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳蓝KN-R染料的浓度 时间变化图。

图7为实施例6中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳红K-2G染料的浓度时 间变化图。

图8为实施例7中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳红K-2G染料的浓度时 间变化图。

图9为实施例8中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳红K-2G染料的浓度时 间变化图。

图10为实施例9中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳红K-2G染料的浓度 时间变化图。

图11为实施例10中用制得的水溶性纳米铁降解活性艳红K-2G染料的浓度 时间变化图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于 实施例。

用蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300～600μm，将60g山竹 果皮颗粒加入1L蒸馏水中，加热至沸腾30min，冷却至室温，过滤得到山竹果 皮提取液。室温条件下，山竹果皮提取液与0.1mol/L的氯化铁溶液以1:5的体 积比例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁分散液A。

用蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300～600μm，将60g山竹 果皮颗粒加入1L蒸馏水中，加热至沸腾40min，冷却至室温，过滤得到山竹果 皮提取液。室温条件下，山竹果皮提取液与0.1mol/L的氯化铁溶液以1:2的体 积比例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁分散液B。

用蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300～600μm，将60g山竹 果皮颗粒加入1L蒸馏水中，加热至沸腾45min，冷却至室温，过滤得到山竹果 皮提取液。室温条件下，山竹果皮提取液与0.1mol/L的硝酸铁溶液以1:1的体 积比例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁分散液C。

用蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300～600μm，将60g山竹 果皮颗粒加入1L蒸馏水中，加热至沸腾50min，冷却至室温，过滤得到山竹果 皮提取液。室温条件下，山竹果皮提取液与0.1mol/L的硫酸铁溶液以2:1的体 积比例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁分散液D。

用蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300～600μm，将60g山竹 果皮颗粒加入1L蒸馏水中，加热至沸腾60min，冷却至室温，过滤得到山竹果 皮提取液。室温条件下，山竹果皮提取液与0.1mol/L的硫酸铁以5:1的体积比 例混合，振荡，摇匀，即得到水溶性纳米铁分散液E。

实施例1

室温条件下，向45mL125mg/L活性艳蓝KN-R溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的1mL水溶性纳米铁分散液A，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到95.52%，染料的浓度时间变化图见图2。

实施例2

室温条件下，在45mL250mg/L活性艳蓝KN-R溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的2mL水溶性纳米铁分散液B，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到98.20%，染料的浓度时间变化图见图3。

实施例3

室温条件下，在45mL375mg/L活性艳蓝KN-R溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的3mL水溶性纳米铁分散液C，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到99.05%，染料的浓度时间变化图见图4。

实施例4

室温条件下，在45mL500mg/L活性艳蓝KN-R溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的4mL水溶性纳米铁分散液D，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到99.29%，染料的浓度时间变化图见图5。。

实施例5

室温条件下，在45mL750mg/L活性艳蓝KN-R溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的5mL水溶性纳米铁分散液E，振荡或搅拌3h后， 染料降解率达到97.83%，染料的浓度时间变化图见图6。。

实施例6

室温条件下，在45mL125mg/L活性艳红K-2G溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的1mL水溶性纳米铁分散液A，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到93.87%，染料的浓度时间变化图见图7。

实施例7

室温条件下，在45mL250mg/L活性艳红K-2G溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的2mL水溶性纳米铁分散液B，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到96.57%，染料的浓度时间变化图见图8。

实施例8

室温条件下，在45mL375mg/L活性艳红K-2G溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的3mL水溶性纳米铁分散液C，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到97.18%，染料的浓度时间变化图见图9。

实施例9

室温条件下，在45mL500mg/L活性艳红K-2G溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的4mL水溶性纳米铁分散液D，振荡或搅拌3h 后，染料降解率达到97.08%，染料的浓度时间变化图见图10。

实施例10

室温条件下，在45mL750mg/L活性艳红K-2G溶液中加入5mL10%过氧化 氢溶液，再加入本实施例制备的5mL水溶性纳米铁分散液E，振荡或搅拌3h后， 染料降解率达到96.90%，染料的浓度时间变化图见图11。