一种La2O3/Fe2O3碳纤维材料的制备工艺的制作方法

本发明涉及废弃物的高值化利用，特别涉及一种功能化吸附材料的制备方法，具体为一种La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维材料的制备工艺，应用于废水处理环保领域。

背景技术：

我国产生的废旧纺织品约 2600 万吨，仅有不到 10%得到了回收再使用，其它大都被埋入地下或焚烧，埋入地下，不仅占用土地资源，化纤织物在地下也不易被降解掉，且织物中的染色粒子和织物本身等的有害物质还会污染土壤和水资源，导致土壤恶化，水环境被恶化。目前，废旧纺织品回收再利用的方法主要有：机械、物理、化学、热能以及溶剂回收法。棉织物的主要成分是纤维素，纤维素含量约占 90%-94%，纤维素中 C 元素含量占44%，是含碳量最高的天然高分子化合物，另外还有半纤维素、可溶性糖类、果胶、蜡质、脂肪、含氮物质、灰分等，可以作为活性碳的生产原料。以棉纤维为碳源制备碳材料可大量消耗废旧棉织物，得到的产物附加值较其他方法得到的产物附加值高，且不会出现机械切割为再生纤维时的粉尘污染，以及再生纤维素纤维和造纸过程的酸碱环境污染，是一种环境友好型的再利用方法。碳产物因表面富含活性含氧官能团，可与多种离子或基团结合形成新型碳材料，使其在其他领域具有广泛的应用空间。

技术实现要素：

针对目前废弃纺织品的回收利用较低的状况，以废弃棉织物为碳源，通过溶胶凝胶法负载掺杂铁的镧金属氧化物，煅烧得到纤维状的镧铁复合金属氧化物碳材料，用于去除废水中的污染物。为达到上述目的，采用下述技术方案：

一种La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维材料的制备工艺，以废弃棉织物为基体，利用溶胶凝胶法在棉织物表面负载镧铁复合金属氧化物。包括以下步骤：

（1）废弃棉织物的预处理：将废弃棉布至于蒸馏水中，加入次氯酸钠和氢氧化钠，静置后清水漂洗低温烘干，剪成2-3cm的棉布碎屑待用；

（2）负载金属氧化物：将金属盐混合物溶解在蒸馏水中，加入柠檬酸溶液后缓慢滴加氨水到溶液的pH为5-7，持续搅拌一定时间后得到黄色凝胶，向黄色凝胶中加入步骤（1）所得棉布碎屑浸泡，浸渍至少48h后低温烘干；

（3）La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维材料的制备：将浸渍金属氧化物凝胶的棉布碎屑用锡纸包裹后于马弗炉中煅烧1-2后即可得到La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维材料。

优选的，次氯酸钠的质量浓度为1%—3%，氢氧化钠的质量浓度为3%—5%，静置温度为80℃-90℃，静置的时间为1-2h，低温烘干的温度为50℃。3.根据权利要求1所述的一种La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维材料，其特征在于：步骤（2）中棉布碎屑与金属盐混合物的质量比为：1：3.25—1：6.85，金属盐混合物位可溶性的镧盐和可溶性的铁盐的混合物。

优选的，镧盐和铁盐的摩尔比为1:3—3:1。

优选的，镧盐为硝酸镧，所述铁盐为氯化铁，所述硝酸镧和氯化铁的摩尔比为1:3—3:1。

优选的，柠檬酸的物质的量是镧盐和铁盐物质的量之和。

优选的，纤维碳材料的煅烧温度为350℃—650℃。

优选的，纤维碳材料的煅烧温度为530℃。

本发明与现有技术相比具有的优点是：

提出了一种废弃棉织物进行高值化利用的途径，通过向镧氧化物中掺杂铁原子来提高反应活性，通过将复合金属氧化物负载在棉织物上来降低金属氧化物的合成温度。

本申请以废弃棉织物为基体，釆用溶胶凝胶法合成纤维状掺入铁的镧氧化物碳材料, 掺入的铁的镧氧化物碳材料使镧元素形成缺陷从而提高吸附剂的吸附能力。

附图说明：

图1为废弃棉布、未改性的碳纤维及La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对罗丹明的去除效果比较；

图2为废弃棉布、未改性的碳纤维及La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对氟离子的去除效果比较；

图3为不同摩尔比例掺杂的La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对罗丹明的去除效果比较。

具体的实施方式

实施例1

取200mL去离子水于烧杯中，加入2g次氯酸钠，10g氢氧化钠。将棉布3g放入溶液中85℃煮1h，溶液变黄后用清水洗涤过滤，50℃低温烘干后把棉布条剪成碎屑；将2mmol的六水合硝酸镧和2mmol氯化铁在磁力搅拌下溶解于15mL去离子水中，镧与铁的摩尔比是1：1，然后将4mmol的柠檬酸加入到上述溶液中；然后，向上述溶液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值到6；持续搅拌大约20分钟后，得到黄色透明胶状物质；将棉布碎屑在上述溶胶中浸泡48h，然后50℃低温烘干，烘干后，将浸渍金属氧化物凝胶的棉布碎屑用锡纸包裹后于在650℃的马弗炉中煅烧2小时即可得到La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维；

直接将棉布剪成碎条放入坩埚中，把坩埚放在650℃的马弗炉煅烧2小时即可得到未改性的碳纤维；

分别取0.1g的棉布碎屑，未改性的碳纤维和La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维加入50ml 150mg/L的罗丹明溶液中震荡24h后过滤，取上层清液利用分光光度法测定残余的罗丹明浓度计算去除率后发现La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对罗丹明的去除能力明显高于棉布纤维和未改性的碳纤维，结果如附图1所示。

实施例2

取200mL去离子水于烧杯中，加入3g次氯酸钠，8g氢氧化钠。将棉布3g剪成放入溶液中85℃煮1h，溶液变黄后用清水洗涤过滤，50℃低温烘干后把棉布条剪成碎屑；将2mmol的六水合硝酸镧和2mmol氯化铁在磁力搅拌下溶解于15mL去离子水中，镧与铁的摩尔比是1：1，然后将4mmol的的柠檬酸加入到上述溶液中，然后，向上述溶液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值到7；持续搅拌大约20分钟后，得到黄色透明胶状物质；将棉布碎屑在上述溶胶中浸泡50h，然后50℃低温烘干；烘干后，将浸渍金属氧化物凝胶的棉布碎屑用锡纸包裹后于在550℃的马弗炉中煅烧1.5小时即可得到La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维；

直接将棉布剪成碎条放入坩埚中，把坩埚放在550℃的马弗炉煅烧2小时即可得到未改性的碳纤维；

分别取0.1g的棉布碎屑，未改性的碳纤维和La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维加入50ml 200mg/L的氟离子溶液中震荡24h后过滤，取上层清液利用氟离子电极法测定残余的氟离子浓度，计算去除率后发现La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对氟离子的去除能力明显高于棉布纤维和未改性的碳纤维，结果如附图2所示。

实施例3

取200mL去离子水于烧杯中，加入3g次氯酸钠，10g氢氧化钠。将棉布3g剪成放入溶液中80℃煮1h，溶液变黄后用清水洗涤过滤，50℃低温烘干后把棉布条剪成碎屑；将2mmol的六水合硝酸镧和2mmol氯化铁在磁力搅拌下溶解于15mL去离子水中，镧与铁的摩尔比是1：1，然后将4mmol的的柠檬酸加入到上述溶液中，然后，向上述溶液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值到5；持续搅拌大约20分钟后，得到黄色透明胶状物质；将棉布碎屑在上述溶胶中浸泡52h，然后50℃低温烘干；烘干后，将浸渍金属氧化物凝胶的棉布碎屑用锡纸包裹后于在350℃的马弗炉中煅烧2小时即可得到La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维；

取0.1g的La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维加入50ml 100mg/L的罗丹明溶液中震荡24h后过滤，取上层清液利用分光光度法测定残余的罗丹明浓度计算去除率后发现La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对罗丹明的去除率为92%；

取0.1g的La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维加入50ml 100mg/L的氟离子溶液中震荡24h后过滤，取上层清液利用氟离子电极法测定残余的氟离子浓度，计算去除率后发现La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维对氟离子的去除率为94%。

实施例4

取200mL去离子水于烧杯中，加入2g次氯酸钠，10g氢氧化钠。将棉布3g剪成放入溶液中85℃煮1h，溶液变黄后用清水洗涤过滤，50℃低温烘干后把棉布条剪成碎屑；将总摩尔浓度为4mmol的六水合硝酸镧和氯化铁的在磁力搅拌下溶解于15mL去离子水中，镧与铁的摩尔比分别是1：1或1：2或1：3或2：1或3：1；然后将4mmol的柠檬酸加入到上述溶液中，然后，向上述溶液中缓慢滴加氨水，调节溶液pH值到到7；持续搅拌大约20分钟后，得到黄色透明胶状物质；将棉布碎屑在上述溶胶中浸泡54h，然后50℃低温烘干；烘干后，将浸渍金属氧化物凝胶的棉布碎屑用锡纸包裹后于在500℃的马弗炉中煅烧2小时即可得到La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维；

取0.1g不同镧铁摩尔比的La₂O₃/Fe₂O₃碳纤维加入50ml 100mg/L的罗丹明溶液中震荡24h后过滤，取上层清液利用分光光度法测定残余的罗丹明浓度计算去除率，如附图3所示，可知优选的镧与铁的摩尔比为1：2。