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的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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】
[0008]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。
[0009]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。
[0010]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
[0011]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。
[0012]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:
[0013](I)蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎、筛分至300?600 μ m，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；
[0014](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。
[0015]上述加热时间优选为30?60min，每60g山竹果皮颗粒对应IL水。
[0016]铁盐选择氯化铁、硝酸铁、硫酸铁的一种或几种。
[0017]铁盐溶液的浓度优选0.lmol/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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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(I ?5):45o
[0021 ] 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。
[0022]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。
[0023]本发明的有益效果体现在:
[0024](I)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%。
[0025](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。
【专利附图】
【附图说明】[0026]图1为本发明制备的水溶性纳米铁的扫描电镜图。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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】
[0037]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。
[0038]用蒸懼水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300?600 μ m,将60g山竹果皮颗粒加入IL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.lmol/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。
[0039]用蒸懼水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300?600 μ m,将60g山竹果皮颗粒加入IL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.lmol/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。
[0040]用蒸懼水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300?600 μ m,将60g山竹果皮颗粒加入IL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.lmol/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。
[0041]用蒸懼水清洗山竹果皮，干燥、破碎后，筛分至300?600 μ m,将60g山竹果皮颗粒加入IL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.lmol/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。
[0042]用蒸懼水清洗山竹果皮,干燥、破碎后，筛分至300?600 μ m,将60g山竹果皮颗粒加入IL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.lmol/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。
[0043]实施例1
[0044]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ImL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。
[0045]实施例2
[0046]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。
[0047]实施例3
[0048]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。
[0049]实施例4
[0050]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。。
[0051]实施例5
[0052]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。。
[0053]实施例6
[0054]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ImL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。
[0055]实施例7
[0056]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。
[0057]实施例8
[0058]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。
[0059]实施例9[0060]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。
[0061]实施例10
[0062]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。
【权利要求】
1.一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。
2.根据权利要求1所述的利用山竹果皮绿色合成水溶性纳米铁分散液的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)蒸馏水清洗山竹果皮，干燥、破碎、筛分至300?600μ m，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。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，铁盐选自氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加热时间为30?60min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，山竹果皮提取液与铁盐溶液的混合体积比例为5:1?1:5。
6.根据权利要求2的方法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或活性艳红K-2G染料。
7.根据权利要求2的方法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或活性艳红K-2G染料的方法，其特征在于，室温条件下，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。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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(I?5):45。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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。
【文档编号】B82Y40/00GK103878385SQ201410112823
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】高景峰, 李洪禹, 司春英 申请人:北京工业大学