一种应用于六价铬去除的多孔性聚苯胺材料的制备方法与流程

本发明属于工业废水处理及环境功能材料领域。

背景技术：

聚苯胺(pani)为一种导电聚合物。pani具有三种形态，即完全还原态的全苯式结构(leucoemeraldinebase,lb)、完全氧化态的全醌式结构(pernigranilinebase,pb)和中间氧化氧化态(emeraldinebase,eb)，其在氧化还原态之间转化实现导电。因此，利用pani在由还原态转化为氧化态的过程给出的电子可将有毒且难固定的cr(vi)阴离子还原为低毒性易固定的cr(iii)阳离子，以实现废水中cr(vi)脱毒和去除的目的。废水中cr(vi)的主要是以cro4^2-、cr2o7^2-和hcro4^-等阴离子的形式存在，在酸性环境中存在的hcro4^-具有较高的氧化还原电位，易于被还原为cr(iii)。且cr(vi)还原为cr(iii)的过程需要消耗溶液中的h⁺，导致反应体系的ph上升。因此，cr(vi)还原反应常被调整至酸性条件。

pani具有较高的等电点（ph=~9.5），在酸性条件下呈现为正电性，其能对负电性的cr(vi)离子具有良好的吸附性能。但是，经还原后cr(iii)以阳离子的形式存在于水中，正电性的pani材料无法进一步将cr(iii)进一步去除。

此外，膜和颗粒形态的pani均具有较为致密的结构特征，其孔隙度和比表面积较小，也导致了其对cr(vi)的去除量较小。为了改善pani这一缺点，有研究将pani材料尺寸制备为纳米级颗粒，以此增加其比表面积。虽然纳米级的pani颗粒对cr(vi)具有高效的还原效能，但是其使用后难以回收和重复使用，限制了纳米pani材料实际应用。同时，也可从改善其孔隙度的角度来提高pani的比表面积。模板法是解决该问题的一个主要方法，其可以控制合成pani的形貌及结构特征。常用的模板主要包括有机模板和无机模板。有机类模板如聚苯乙烯等，在制备后需进一步采用甲苯、氯仿等溶剂将其溶解去除，以形成孔隙结构。常用的无机类纳米颗粒如cu2o和mno2等，也需在制备后采用酸溶液将其溶解去除。因此，常规模板法合成多孔性pani往往会排放出大量的污染废液。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型的多孔性导电聚苯胺的制备方法。采用细菌菌体为模板，利用细菌菌体细胞容易失水破裂形成孔隙，增大聚苯胺的比表面积；利用其等电点低来降低聚苯胺的等电点，以促进含cr(vi)废水的有效处理。

为了达到以上的目的，本发明提供了一种用于有效处理含cr(vi)废水处理的多孔聚苯胺的制备方法，其具体方案如下：

本发明所采用的技术方案是：采用细菌菌体为模板，将细菌均匀分散在水溶液中；将苯胺单体分散在上述细菌分散液中，并保持冰浴30min；以过硫酸铵为氧化剂，将过硫酸铵溶液滴入上述液体中。苯胺单体在菌体细胞表面聚合生长，形成细菌@聚苯胺核壳结构。细菌菌体干燥易失水，因此，当细菌@聚苯胺干燥时会失水破裂以形成孔隙，增加了pani的比表面积近1倍，可提高其对cr(vi)的去除容量近3倍(928mg/g)。当细菌菌体失水破裂后，其细胞壁等部分聚合物成分仍保留在材料中，因其具有较低的等电点（ph=~3），可使得制备的多孔pani的等电点从ph=9降低至4.0左右。

同时，经过细菌菌体改性后，pani可掺杂的h⁺能力增强，可在其颗粒内形成一个酸性微环境。当该材料在酸性条件应用于废水中cr(vi)的去除时，由于cr(vi)还原过程中需要消耗h⁺，导致废水ph升高，当还原cr(vi)后体系ph升高至4.0时，材料表面带电性转变为负电性，此时可将还原得到的cr(iii)离子进一步吸附去除。此外，采用细菌菌体细胞为模板合成多孔性pani的过程中无污染溶液排放，因此，细菌菌体是一种可用于制备多孔聚苯胺的绿色模板。

附图说明

图1是以细菌菌体为模板制备多孔聚苯胺示意图。图2是以细菌菌体为模板制备多孔聚苯胺的zeta电位图。图3是经多孔聚苯胺处理后废水中cr(iii)分布的情况示意图。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种新型多孔导电性聚苯胺材料的制备方法及其应用于废水中Cr(VI)的还原和去除，属于工业废水处理及环境功能材料领域。本发明利用细菌菌体具有一定外形、但干燥时易失水的特征，采用化学氧化方法将聚苯胺在水溶液中生长在细菌菌体表面后，在80℃条件下干燥，使得细菌菌体失水破裂形成孔隙，制备得到多孔性聚苯胺材料。该模板只释放出水来，无二次污染产生，为一种绿色模板。采用细菌为模板该材料导电性可比达到10S/cm，该材料等电点降低至pH=4.5，可同时实现对废水中Cr(VI)的还原和还原后Cr(III)的吸附。

技术研发人员：邱斌;胡潜;孙德智
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：2017.01.15
技术公布日：2017.10.13