一种桉树遗态Fe2O3/Fe3O4复合重金属吸附剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种桉树遗态Fe2O3/Fe3O4复合重金属吸附剂的制备方法。它以稀氨水为浸煮剂，进行抽提预处理，以硝酸铁为前驱体溶液，通过人工控制制备工艺，合成具有天然植物结构形态的桉树遗态Fe2O3/Fe3O4复合重金属吸附剂，对其进行物相与结构、成分组成以及形貌特征实验表征，并应用于水环境有毒重金属元素的吸附处理实验，是一种廉价和环境友好材料，为桉树木材利用提供一种新方法、新途径。

说明书

技术领域

本发明属于废物资源化利用和水处理技术领域，涉及一种桉树遗态 Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂的制备方法，特别利用桉树为植物模板，经过工艺 控制，制备出以Fe₂O₃/Fe₃O₄为主要材料的重金属复合吸附剂。

背景技术

重金属是一种可在生物体内蓄积的有毒元素，随着工业的发展，重金属污 染受到广泛重视，重金属进入环境后会在生物链中累积和富集，且不能被生物 降解，可长期潜伏在环境中，并伴随食物链进入人体严重危害生命健康。目前 水中重金属的去处方法主要有化学沉淀法、电浮选法、离子交换法、膜分离法 和吸附法，其中吸附法由于其具有不产生二次污染，可再生回收等优点而备受 重视。目前，最常用的吸附剂有活性碳和改性纤维素等，但是大多吸附剂因成 本高或是生产工艺复杂而限制其应用。

遗态材料是借用自然界经亿万年的生物自身多层次、多维、多结构的本征 结构，通过人工方法，变更其结构组分，制备出既保持自然界生物精细结构， 又通过有选择性的复合，人为赋予特性和功能的材料。它主要将植物模板的机 理引入无机材料的合成和复合材料的制备，以天然植物结构为模板，制备出各 种各样具有鲜明植物结构特点、独特显微组织、组织结构可控、物理和力学性 能可控的有序多孔无机纤维材料，从而制备出具有植物纤维生态陶瓷和金属材 料所具有的综合性能优良的遗态材料。

目前，国内外的研究者们已在尝试以不同的纤维材料(如棉花、稻壳、黄 麻、纸制品等)为模板制备获得具备不同倾向功能的遗态多孔氧化物。木质材 料通过炭化可形成具有多孔结构的炭材料，改材料经过特殊表面处理即可具有 很强吸附活性，可应用于水体净化，改善居住环境，电磁波屏蔽等环境保护等 领域。

桉树是世界三大速生树种之一。2010年广西桉树的种植面积已达2400万亩， 为广西最大木材来源树种。目前对桉树的利用主要集中在制纸浆、造纤维和胶 合板上，且主要利用桉树主干材，对桉树根部以及分枝以上部分通常丢弃或作 为柴火，这些部分作为可再生性废弃物资源，如果处理不当，不仅会造成资源 浪费，更会形成污染，给环境保护带来压力，不利于生态环境的可持续发展。 另外，桉树木材具有不同尺度范围的有序多孔的特殊解剖结构，纹孔膜和纹孔 塞的存在，使得纹孔不是一种天然的开孔，通过适宜浸煮剂的预处理可以方便 地将木材中导管孔的浸填体组织去除，大幅度增加待试桉树木材内部结构的三 维网络连通性，提高后期浸渍性能，同时提高产物的网络连通性，利于制备植 物模板多孔吸附材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种以稀氨水为浸煮剂，硝酸铁为前驱体溶液制备桉 树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂的方法，通过人工控制制备工艺，合成具有 天然植物结构形态的桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂，对其进行物相与结 构、成分组成以及形貌特征实验表征，并应用于水环境有毒重金属元素的吸附 处理实验，是一种廉价和环境友好材料，为桉树木材利用提供一种新方法、新 途径。

具体步骤为：

(1)将桉树根部或者枝干木材去皮，干燥；

(2)配置体积浓度为5％-8％的稀氨水作为浸煮剂；

(3)将硝酸铁溶于体积比为1∶1的乙醇-超纯水混合溶剂中，配制浓度为 1.2-2.0mol/L的硝酸铁溶液作为前驱体溶液；

(4)将步骤(1)获得产物置于步骤(2)所获得浸煮剂中，以温度为100℃ 条件下浸煮6小时，完成抽提预处理；

(5)将步骤(4)获得产物用超纯水洗净，并于温度为80℃的烘箱内干燥 24小时；

(6)将步骤(5)获得产物浸没于步骤(3)所获得前驱体溶液中，并在温 度为60℃条件下的水浴保温3天，期间不定时添加前驱体溶液以保证木材始终 处于浸没状态，从溶液中取出木材后，在温度为60℃左右条件下烘干24小时；

(7)重复步骤(6)3次；

(8)将步骤(7)获得产物置于马弗炉中600℃-800℃条件下焙烧3-6小 时，炉冷至室温；

(9)将步骤(7)获得产物磨碎，过100-150目筛，即获得桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂。

本发明工艺简单易行，制备过程费用低廉，由于利用桉树木材为主要原材 料，材料易得，经过工艺控制，大大提高了材料对重金属的吸附性能；所得的 产品可广泛应用于重金属污染水处理中。

附图说明

图1为本发明产品红外光谱图(FI-IR)。

图2为本发明产品X射线衍射图(XRD)。

图3为本发明产品扫描电子显微镜镜检图(SEM，a：×100；b：×3000)。

图4为本发明不同pH值下，产品对六价铬吸附去除率变化图。

图5为本发明pH值＝9，产品对不同浓度砷的吸附去除率变化图。

具体实施方式

实施例1：

一、桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂的制备：

(1)将桉树根部或者枝干木材1kg，去皮，干燥后切割尺寸约为：长×宽 ×高＝30mm×10mm×3mm的块状体；

(2)配置体积浓度为5％的稀氨水作为浸煮剂；

(3)将硝酸铁溶于体积比为1∶1的乙醇-超纯水混合溶剂中，配制浓度为 1.2mol/L硝酸铁溶液作为前驱体溶液；

(4)将步骤(1)获得产物置于步骤(2)所获得浸煮剂中，以温度为105℃ 条件下浸煮6小时，完成抽提预处理；

(5)将步骤(4)获得产物用超纯水洗净，并于温度为80℃的烘箱内干燥 24小时；

(6)将步骤(5)获得产物浸没于步骤(3)所获得的前驱体溶液中，并在 温度为60℃条件下的水浴保温3天，期间不定时添加前驱体溶液以保证水浴保 温过程处于浸没状态，从溶液中取出木材后，在温度为60℃条件下烘干24小时；

(7)重复步骤(6)3次；

(8)将步骤(7)获得产物置于马弗炉中600℃条件下焙烧3小时，炉冷至 室温；

(9)将步骤(7)获得产物磨碎，过100目筛，即获得桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂。

桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸附剂的物相与结构、成分组成以及形貌特 征采用X射线衍射仪(XRD，X′Pert PRO)、热重-红外连用系统(STA-449C； 470FT-IR)、元素分析仪(Perkin-Elmer)和扫描电子显微镜(SEM，JSM-6380LV) 进行观察测试。

二、重金属吸附剂对六价铬的吸附效果：

(1)使用K₂Cr₂O₇配置4瓶浓度为10mg/L的六价铬待处理液，使用HNO₃和 NaOH分别调节4瓶待处理液pH值为1.0、2.0、3.0、4.0；

(2)分别移取50ml待处理液编号装瓶于100ml离心管中备用；

(3)每瓶待处理液中分别加入0.5g上述桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸 附剂，加盖密封后进行25℃恒温振荡6h，然后以4000r·min^-1速度进行离心 5min操作；

(4)取步骤(3)产物过0.45μm微孔滤膜，使用二苯碳酰二肼分光光度法 (可见分光光度计)对溶液进行六价铬浓度测定，获得在pH值为1.0、2.0、3.0、 4.0条件下产品对浓度为10mg/L的六价铬待处理液吸附效果如图4所示。

三、重金属吸附剂对砷的吸附效果：

(1)使用Na₃AsO₄配置4瓶浓度分别为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L的砷 待处理液，使用HNO₃和NaOH分别调节待处理液pH值为9.0；

(2)分别移取50ml待处理液编号装瓶于100ml离心管中备用；

(3)每瓶待处理液中分别加入0.5g上述桉树遗态Fe₂O₃/Fe₃O₄复合重金属吸 附剂，加盖密封后进行25℃恒温振荡6h，然后以4000r·min^-1速度进行离心 5min操作；

(4)取步骤(3)产物过0.22μm微孔滤膜，使用石墨炉原子吸收光谱法(原 子吸收光谱仪[Perkin-Elmer AAnalyst700])进行溶液中砷浓度测定，获得浓 度为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L条件下产品对pH值为9.0的砷溶液吸附效 果如图5所示。