一种重金属吸附材料及其制备方法

本发明属于环境保护及废水处理领域，具体涉及一种重金属吸附材料及其制备方法。

背景技术：

1、重金属指比重大于4或5的金属，约有45种，通常的重金属污染，主要是指汞、铅、镉、铬以及砷等生物毒性显著的重金属的环境污染，还包括具有一定毒性的重金属如锌、铜、钴、镍、锡、钒等。重金属污染物难以治理，它们在水体中积累到一定的限度就会对水体——水生植物——水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链影响到人类的自身健康。在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业中的许多生产过程中都产生重金属废水，这些废水严重影响着儿童和成人的身体健康乃至生命。当前，儿童铅中毒，重金属致胎儿畸形等事件也屡有发生，使重金属污染成为关系到人类健康和生命的重大环境问题。

2、目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学法；(2)物理处理法；(3)生物处理法。其中物理处理法中的吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金属离子的一种有效方法。吸附法的关键技术是吸附剂的选择，传统吸附剂是活性炭。还有黏土类吸附剂粉、煤灰吸附剂、生物质基材料和树脂基吸附材料。目前使用的重金属吸附材料还存在吸附容量小的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种重金属吸附材料及其制备方法，该重金属吸附材料具有吸附废水中各种重金属离子的能力。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重金属吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1.将麦角硫因、没食子酸衍生物、硅胶、无机酸酯催化剂、稀土金属氧化物加入行星球磨机中进行研磨，获得粗料；

4、s2.粗料加入水中，经超滤膜过滤，透过液离心沉淀干燥，获得吸附粉末；

5、s3.将吸附粉末和碳纳米纤维粉末分散于三乙酸纤维素的二氯甲烷溶液中制得纺丝液，电纺，得到重金属吸附材料。

6、优选的，步骤s1中，所述没食子酸衍生物包括单宁酸、鞣花酸、六羟基联苯二甲酸和鞣红中的一种或几种。

7、优选的，步骤s1中，所述无机酸酯催化剂包括钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯、锆酸异丙酯和锆酸正丙酯中的一种或几种。

8、优选的，步骤s1中，所述稀土金属氧化物包括二氧化铈、氧化铒、氧化钕、氧化钐和氧化钆中的一种或几种。

9、优选的，步骤s1中，所述麦角硫因、没食子酸衍生物、硅胶、无机酸酯催化剂、稀土金属氧化物的投料比为(618-756)mg:(183-217)mg:(10-20)g:(0.8-1.0)mg:(8.2-9.7)mg。

10、优选的，步骤s1中，所述研磨的球料比为20:1-50:1，转速800-1000rpm，研磨时间为85-120min。

11、优选的，步骤s2中，所述超滤膜孔径为5-20nm。

12、优选的，步骤s3中，所述吸附粉末、碳纳米纤维粉末、三乙酸纤维素和二氯甲烷的投料比为(1.5-5.0)g:(150-200)mg:(15-18)g:100ml。

13、优选的，步骤s3中，所述电纺条件为电压14-20kv，接收距离为15-20cm，纺丝液流速为0.5-0.8ml/h。

14、本发明还提供了上述制备方法制备得到重金属吸附材料。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、①在无水环境下采用机械力研磨使没食子酸衍生物发生自聚，同时在固相的无机酸酯催化剂作用下使没食子酸上的酚羟基连接麦角硫因上的羧基，形成不溶于水的微晶粒。麦角硫因的醇式向酮式的转换，能够增大重金属的吸附容量。反过来可以使重金属解吸。

17、②稀土金属氧化物既可以作为酯化反应(没食子酸与麦角硫因酯化，以及没食子酸自聚合)的催化剂，通过金属与氧的配位键对形成的微晶粒起到结构稳定作用，而且稀土金属氧化物能够活化无机酸酯催化剂，进一步提高了酯化反应的效率。硅胶的加入既可以作为助磨剂，又能作为带水剂促进酯化反应的进行。

18、③采用电纺纤维作为重金属吸附材料，比表面积大，吸附速率高，传质快。

技术特征：

1.一种重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述没食子酸衍生物包括单宁酸、鞣花酸、六羟基联苯二甲酸和鞣红中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述无机酸酯催化剂包括钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯、锆酸异丙酯和锆酸正丙酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述稀土金属氧化物包括二氧化铈、氧化铒、氧化钕、氧化钐和氧化钆中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述麦角硫因、没食子酸衍生物、硅胶、无机酸酯催化剂、稀土金属氧化物的投料比为(618-756)mg:(183-217)mg:(10-20)g:(0.8-1.0)mg:(8.2-9.7)mg。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述研磨的球料比为20:1-50:1，转速800-1000rpm，研磨时间为85-120min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述超滤膜孔径为5-20nm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述吸附粉末、碳纳米纤维粉末、三乙酸纤维素和二氯甲烷的投料比为(1.5-5.0)g:(150-200)mg:(15-18)g:100ml。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述电纺条件为电压14-20kv，接收距离为15-20cm，纺丝液流速为0.5-0.8ml/h。

10.根据权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到重金属吸附材料。

技术总结
本发明属于环境保护及废水处理领域，公开了一种重金属吸附材料及其制备方法。该方法包括：①将麦角硫因、没食子酸衍生物、硅胶、无机酸酯催化剂、稀土金属氧化物加入行星球磨机中进行研磨，获得粗料；②粗料加入水中，经超滤膜过滤，透过液离心沉淀干燥，获得吸附粉末；③将吸附粉末和碳纳米纤维粉末分散于三乙酸纤维素的二氯甲烷溶液中制得纺丝液，电纺，最终得到重金属吸附材料。本发明制备的重金属吸附材料具有吸附废水中各种重金属离子的能力。

技术研发人员：汤佳鹏,李嘉慧,鞠雨晴,朱俐,葛彦
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13