一种仿酶型纳米磁性水处理剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿酶型纳米磁性水处理剂的制备方法，属于水处理剂技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对重金属离子废水主要采用以生物法为主的两级处理工。废水经过二级处理后，水体中仍然有很多难生物降解的有机物，成为重金属离子废水处理的难点，随着环保要求的日益提高，国家对废水中主要污染物的排放提出了更加严格的要求，现有的二级处理工艺已经不能满足日益严格的环保要求，重金属离子废水的绿色深度处理成为工业水污染治理的重点。
[0003]高级氧化技术是近年来在废水处理领域兴起的新技术，它通过化学的或者物理化学的方法将废水中的污染物直接氧化分解成无机物，或转化为易生物降解的中间产物。高级氧化技术的本质是利用羟基自由基氧化降解废水中的各种污染物的化学反应过程。
[0004]天然产品，如糖类、淀粉和纤维素等物质的不完全炭化，能够产生刚性的炭材料。这些炭材料由许多稠环芳香炭组成，对这类来源于普通天然产品的炭材料进行磺化改性后，能够制备出稳定的具有一定酸度并且具有较好催化活性的催化剂。小米的主要成分是淀粉，小米具有天然球形外貌，该独特外形结构在催化剂制备方面有着巨大的应用价值，其生长在我国南方和南美洲的一种常见天然纯净生物材料，直径为1?2_，含有95%以上的淀粉，是制备球形生物炭的良好材料。
[0005]磁分离技术能有效地解决催化剂回收利用，其主要利用磁性负载催化剂的纳米粒子在外加磁场的作用下很容易从样品中分离的特性。氧化铁是是一种常见的磁性材料，室温下磁性稳定，广泛应用于多个领域中。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对目前常用固体磺酸重金属离子水处理剂大多是以石油等不可再生炭源为原料，原料成本高且不可再生，并且只有单一的吸附或者催化功能，回收困难等缺陷，提供了一种仿酶型纳米磁性水处理剂，该方法是以颗粒小米作为基材，采用减压炭化方法，通过控制炭化温度、升温速率和保温时间来脱水脱氢实现炭化，并保持三维的多孔结构和合适的有机表面结构，在受控颗粒小米炭上键连磺酸基，制备出小米炭磺酸，再用氧化沉淀法将氧化铁沉积在小米碳磺酸载体上，制备出一种仿酶型纳米磁性水处理剂。本发明制得的水处理剂集吸附、催化和易回收于一体，相比常见水处理剂具有明显优势。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)取50?100g小米，在阳光下曝晒3?4天将其晒干，放入500mL圆底烧瓶中，用水式真空栗抽成真空，静置1?2h后移入程序升温炉，先以40?45°C /min的速率升温至250Γ，保温 30 ?60min ；
(2)再以0.8?0.9°C /min的速率升温至350°C，保温90?lOOmin，将小米进行炭化处理，冷却至室温后，将炭化小米放置在干燥器中保存；
(3)取10?15g上述制备得到的炭化小米放入500mL的烧杯中，之后按质量比为1:5加入含20?30%三氧化硫的发烟硫酸，用玻璃棒缓慢搅拌均匀，之后将烧杯移入水浴锅，升温至80?90°C，保温3?4h，使炭化小米进行磺化处理；
(4)将磺化后的小米冷却至室温，用双蒸水过滤洗涤3?5次，之后将小米转入锥形瓶，加入200?300mL去离子水，移入超声振荡器振荡5?6h，超声频率为25?35kHz，超声功率为100?150W ；
(5)再将振荡处理后的小米放入布氏漏斗，对其进行反复抽滤5?6次，直至将抽滤液滴入氯化钡溶液中无白色沉淀产生，最后将小米炭磺酸放入烘箱，在105?110°C下干燥10?12h，得到小米炭磺酸载体；
(6)将上述制得的小米碳磺酸载体和去离子水以及聚丙烯酰胺按质量比为5:200:2混合均匀，倒入反应釜，之后水浴升温至60?70°C，放置在高速搅拌机上，以1000?2500r/min的转速下搅拌40?60min ；
(7)按摩尔比为1:2将硫酸亚铁和三氯化铁加入上述反应釜中，再加入10?15mL去离子水和2?3mL质量浓度为90%的盐酸溶液，之后向反应釜中通入氮气，水浴加热至60?80°C，继续高速搅拌10?15min，搅拌转速为2000?4000r/min ；
(8)降低搅拌转速至300?400r/min，继续滴加质量浓度为30%的氢氧化钠溶液，调节pH至8?11，提高转速至800?900r/min，在80?90°C油浴下继续搅拌2?3h，之后冷却至室温使其陈化2?3h，过滤得到沉淀物；
(9)将上述沉淀物分别用去离子水和无水乙醇冲洗2?3次后，移入恒温干燥箱在70?80°C下干燥12?18h，即得一种仿酶型纳米磁性水处理剂。
[0008]本发明的具体应用方法:用本发明制得的水处理剂处理重金属离子废水，投加量为100?200mg/L，检测水质指标为C0D和色度:C0D去除率为70?90% ;色度的去除率为50?80%。处理废水50min时，溶液的C0D降至55mg/L以下，低于再生水质国家标准(C0D彡60mg/L);溶液的色度降至25以下，符合再生水质国家标准(色度彡30)。
[0009]本发明的有益效果是:
(1)本发明制备的水处理剂所用原料易得，成本低廉，且其比表面积高、吸附能力强，对废水的C0D和色度具有很高去除率；
(2)利用磁分离技术，可使本发明制得的水处理剂容易重复回收使用，减少水处理剂的损失，降低使用成本，实现水处理剂的绿色循环使用。
【具体实施方式】
[0010]取50?100g小米，在阳光下曝晒3?4天将其晒干，放入500mL圆底烧瓶中，用水式真空栗抽成真空，静置1?2h后移入程序升温炉，先以40?45°C /min的速率升温至250°C，保温30?60min ;再以0.8?0.9°C /min的速率升温至350°C，保温90?lOOrnin，将小米进行炭化处理，冷却至室温后，将炭化小米放置在干燥器中保存；取10?15g上述制备得到的炭化小米放入500mL的烧杯中，之后按质量比为1:5加入含20?30%三氧化硫的发烟硫酸，用玻璃棒缓慢搅拌均匀，之后将烧杯移入水浴锅，升温至80?90°C，保温3?4h，使炭化小米进行磺化处理；将磺化后的小米冷却至室温，用双蒸水过滤洗涤3?5次，之后将小米转入锥形瓶，加入200?300mL去离子水，移入超声振荡器振荡5?6h，超声频率为25?35kHz，超声功率为100?150W ;再将振荡处理后的小米放入布氏漏斗，对其进行反复抽滤5?6次，直至将抽滤液滴入氯化钡溶液中无白色沉淀产生，最后将小米炭磺酸放入烘箱，在105?110°C下干燥10?12h，得到小米炭磺酸载体；将上述制得的小米碳磺酸载体和去离子水以及聚丙烯酰胺按质量比为5:200:2混合均匀，倒入反应釜，之后水浴升温至60?70°C，放置在高速搅拌机上，以1000?2500r/min的转速下搅拌40?60min ;按摩尔比为1:2将硫酸亚铁和三氯化铁加入上述反应爸中，再加入10?15mL去离子水和2?3mL质量浓度为90%的盐酸溶液，之后向反应釜中通入氮气，水浴加热至60?80°C，继续高速搅拌10?15min，搅拌转速为2000?4000r/min ;降低搅拌转速至300?400r/min，继续滴加质量浓度为30%的氢氧化钠溶液，调节pH至8?11，提高转速至800?900r/min，在80?90°C油浴下继续搅拌2?3h，之后冷却至室温使其陈化2?3h，过滤得到沉淀物；将上述沉淀物分别用去离子水和无水乙醇冲洗2?3次后，移入恒温干燥箱在70?80°C下干燥12?18h，即得一种仿酶型纳米磁性水处理剂。
[0011]实例1
取50g小米，在阳光下曝晒3天将其晒干，放入500mL圆底烧瓶中，用水式真空栗抽成真空，静置lh后移入程序升温炉，先以40°C /min的速率升温至250°C，保温30min ;再以0.8°C /min的速率升温至350°C，保温90min，将小米进行炭化处理，冷却至室温后，将炭化小米放置在干燥器中保存；取10g上述制备得到的炭化小米放入500mL的烧杯中，之后按质量比为1:5加入含20%三氧化硫的发烟硫酸，用玻璃棒缓慢搅拌均匀，之后将烧杯移入水浴锅，升温至80°C，保温3h，使炭化小米进行磺化处理；将磺化后的小米冷却至室温，用双蒸水过滤洗涤3次，之后将小米转入锥形瓶，加入200mL去离子水，移入超声振荡器振荡5h，超声频率为25kHz，超声功率为100W ;再将振荡处理后的小米放入布氏漏斗，对其进行反复抽滤5次，直至将抽滤液滴入氯化钡溶液中无白色沉淀产生，最后将小米炭磺酸放入烘箱，在105°C下干燥10h，得到小米炭磺酸载体；将上述制得的小米碳磺酸载体和去离子水以及聚丙烯酰胺按质量比为5:200:2混合均匀，倒入反应釜，之后水浴升温至60°C，放置在高速搅拌机上，以1000r/min的转速下搅拌40mi