用于土壤污染修复的巯基接枝且光催化剂负载的高硅氧玻璃纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于土壤污染修复的巯基接枝且光催化剂负载的高硅氧玻璃纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着我国工农业的生产和乡镇企业及农村城镇化的迅速发展，土壤环境污染问题己越来越严重，特别是农田土壤污染形势日趋严峻。有资料表明，全国仅受重金属污染的耕地多达2000万公顷，受各种有机污染物或化学品污染农田总计6000多万公顷。土壤环境质量直接关系到农产品的安全。
[0003]基于植物仿生的污染土壤原位自持修复装置通过模拟植物毛细现象和蒸腾作用，提供了一种污染土壤原位自持修复装置及采用该装置进行土壤修复的方法。该修复技术克服了现有技术(物理修复、化学修复、生物修复和综合修复等几大类)存在的不足；针对污染土壤(重金属，有机物污染等)的复合性、隐蔽(潜伏)性、不可逆性、蓄积性和修复的长期性等特点，突破了治理措施与修复技术的局限性的制约因素。基于植物仿生的污染土壤原位自持修复装置主要包括:主体、填料、蒸发器和配件等组件。其中蒸发器是该装置组件的重要核心部分，其作用主要是通过利用毛细现象和蒸腾作用来带动土壤中的污染物迀移。目前蒸发器的填料以玻璃纤维或高硅氧玻璃纤维为主。
[0004]高硅氧玻璃纤维是一种耐高温无机纤维特种材料，其工艺原理是利用玻璃在熔融或冷却过程中，二个或二个以上互不相容的液相彼此分离，成微不均匀性，利用其结构的分相而生产的。高硅氧玻璃成分去组成落于分相区内，当玻璃冷却或再加热时，会分离成两相，一相几乎全是S12,另一相则富有B2O3和Na 20，他们很容易被酸溶出。从玻璃结构上看当S12^量较高，而分子比Na20:B203〈1时，玻璃中同时存在着S1W面体、BO4H面体和BO3三角体，其中一部分804四面体、5104四面体组成均匀、统一和连续的网络结构，而另一部分形成独立的层状结构网络，因此在玻璃中存在一定的分相。而S1jg对酸很稳定，B2O3-Na2O则易溶于酸。高硅氧玻璃纤维的生产就是利用这种原理，将具有基础玻璃成分的纱或织物在一定条件下进行酸沥滤，使B2O3-Na2O相转入溶液中，留下微孔结构的硅氧骨架，然后再经600-800 °C高温处理，使微孔闭合，骨架结构趋于紧密，从而制得高性能的高硅氧玻璃纤维制品。
[0005]高硅氧玻璃纤维具有以下特点:(I)软化点接近1700°C，可长期在900°C环境下使用，瞬间可以耐数千度的气流部刷；(2)在有机和无机酸中(氢氟酸、磷酸和盐酸除外)甚至在尚温下，以及弱喊中保持良好的性能稳定；(3)对热冲击和超尚福射有$父尚的稳定性，在高温和高湿条件绝缘性能优良，与高温胶具有良好的黏结性能；4)耐湿耐日光辐射并且抗震，可用于各种密封材料，制品结构牢固，在许多高温条件下保持柔软性；(5)结构及性能稳定，对人体没有危害，可代替陶瓷纤维和石棉纤维(高温下发生晶相转变)；(6)防火温度高，在汽油中燃烧不氧化、不变色，强度高，不会造成二次污染；(7)具有良好的耐磨性与绝缘性能，大多数情况下价格具有竞争优势；(8)其骨架可以适当得以控制，制作各种膜件，用于液体过滤、气体分离或作为催化剂或酶的载体。正是有如此多的优点和特性，高硅氧玻纤制品受到高度的重视和广泛的研究，并已在许多要求苛刻的工作环境中大规模应用，开发研究高性能的高硅氧玻纤制品将极具市场前景。
[0006]为了增强和提高高硅氧玻璃纤维在该修复装置中的作用，在疏导水分的同时对溶液中重金属离子进行截留，对运输到蒸发器顶部的有机污染物进行光催化，可以通过对高硅氧玻璃纤维表面进行修饰改性，加入特异性功能基团，如-SH、-NH2, -TMS-EDTA等以提高玻璃纤维对重金属污染物的吸附能力。目前，常用的表面修饰改性方法有表面接枝改性、插层改性、酸活化法等，利用表面修饰改性方法发现和制备高效、经济、绿色的多功能复合材料已受到国内外研究人员的广泛关注。另一方面在对高硅氧玻璃纤维表面接枝特异性功能基团的同时，通过负载光催化剂以达到吸附重金属离子和分解有机污染物的双重作用。目前，常见的光催化剂有二氧化钛(T12)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铁(Fe2O3)、羟基氧化铁(FeOx - (OH)3-2x)等，但是由于纳米级半导体催化剂如纳米氧化亚铜(Cu2O)的粉末较小，在水溶液中易于团聚，且难以回收，人们将目光转向在基质上做成膜或以微粒状吸附于载体上的固定相催化剂的研究。迄今为止，人们研究过纳米光催化剂在碳纳米管、活性炭、玻璃基体、玻璃纤维、聚碳酸酯膜、壳聚糖等载体上的负载。但是，将特异性功能基团，如巯基(-SH)、氨基(-NH2)或氮-3-三甲氧基甲硅烷基丙基乙二胺三乙酸(-TMS-EDTA)等接枝，同时负载光催化材料，如二氧化钛(T12)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铁(Fe2O3)、羟基氧化铁(FeOx - (OH) 3-2x)等于高硅氧玻璃纤维上，并将该多尺度增强土壤污染修复复合材料应用于基于植物仿生的污染土壤原位自持修复装置的研究尚未见报道。因此，该发明对提高和开发基于植物仿生的污染土壤原位自持修复装置的性能研究有着极其重要的意义。
【发明内容】
[0007]鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种工艺简单、成本低、适用范围广、无二次污染的用于土壤污染修复的巯基接枝且光催化剂负载的高硅氧玻璃纤维的制备方法。
[0008]本发明提供一种用于土壤污染修复的巯基接枝且光催化剂负载的高硅氧玻璃纤维的制备方法，包括巯基接枝高硅氧玻璃纤维的制备方法以及光催化剂负载巯基接枝高硅氧玻璃纤维的制备方法。
[0009]可选的，所述巯基接枝高硅氧玻璃纤维的制备方法包括以下步骤:
[0010]S1:称取100?200ml乙醇试剂溶于500?100ml去离子水；
[0011]S2:在上述溶剂中加入重量为50?100g、长度为30?60cm的高硅氧玻璃纤维丝，于I?120kHz下超声波超声10?20min ；
[0012]S3:称取10?20g的巯丙基三甲氧基硅烷溶于5?1ml甲苯中备用；
[0013]S4:将巯丙基三甲氧基硅烷加入浸没于有机溶液中的玻璃纤维丝，并置于温度为50?80°C的恒温摇床上振荡2?12h ;
[0014]S5:反应完成后取出，用二氯甲烷清洗，并经过反复多次去离子水洗涤至溶液呈中性；
[0015]S6:将上述玻璃纤维丝置于烘箱中，在温度55?150°C下，真空干燥2?48小时，即得到表面接枝有巯基的巯基接枝高硅氧玻璃纤维。
[0016]可选的，所述光催化剂负载巯基接枝高硅氧玻璃纤维的制备方法包括以下步骤:
[0017]Al:在40?60KHz超声波震荡下，将40?60gCuCl和20?30g十二烷基苯磺酸钠加入到1000mL、4.8?5.0moI/L的NaCl溶液中并搅拌均匀，即得粒径为I?10nm光催化剂颗粒；
[0018]A2:在上述光催化剂颗粒溶液中加入1.011101/1的他3?04溶液400?5001^和50?10g的巯基接枝高硅氧玻璃纤维；
[0019]A3:将上述步骤A2中的物质于温度为10?30°C的恒温摇床上振荡2?12h，使光催化剂均匀的附着在巯基接枝高硅氧玻璃纤维表面，然后进行过滤，洗涤，将洗涤后产物蒸干，即得到用于土壤污染修复的巯基接枝且光催化剂负载的高硅氧玻璃纤维。
[0020]可选的，所述步骤S4中所述摇床速度为50?120r/min。
[0021]可选的，所述步骤A3中摇床的速度为50?120r/min。
[0022]可选的，所述光催化剂为氧化亚铜、二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁或轻基氧化铁。
[0023]本发明提供一种