本发明涉及一种生物质除砷材料及其制备方法，属于生物质材料制备技术领域。
背景技术：
砷是一种有毒的环境污染物，通过含砷金属的开采和冶炼、煤的燃烧、含砷农药的施用、玻璃、颜料、纸张的制造等方式向环境释放。砷一般是以三价砷和五价砷的形式存在，三价砷往往比其他砷化合物毒性更强，一旦释放到周围环境中，不仅污染水、空气和土壤，而且会通过食物链富集，对人体健康构成巨大的威胁。目前，砷和无机砷化合物已被列入国际癌症研究机构(arc)发布的致癌物名单中，因此在废水处理前必须将其去除。常用的去除砷的方法有物理法、化学法和生物法三种。物理方法是通过物理吸附将具有较强吸附功能的混凝剂加入污水中，将砷转化为沉淀，再通过过滤等手段从水中分离出来，但这种方法通常需要大量的混凝剂，吸附效率较低。相比之下，生物法是一种修复效果较好的技术，蜈蚣草目前已经应用于从土壤中吸附砷，但吸附周期一般为一年左右，时间较长。化学法是治理砷污染的最佳方法之一，它利用吸附剂与污染物的氧化还原反应，以其周期短、效率高、经济的优点达到吸附效果。传统吸附剂有活性炭、沸石、稻壳、葡萄茎、壳聚糖、碳纳米管、二氧化钛纳米管等。
纳米零价铁由于其体积小、磁性强、粒子间相互作用强、生产成本低等特点，成为应用最广泛的纳米颗粒，同时也易团聚，使其表面活性性能显著降低。而生物质纤维，是世界上最丰富的天然高分子化合物，具有独特的性质和结构。纤维素作为生物质纤维的最重要的组件之一，由于其成本低、无毒无害、含有大量羟基而广泛应用于纳米级材料的的基体，在此基础上，以棉花为基材，使纳米零价铁在其表面呈阵列分布，又因纳米零价铁暴露在空气中易于氧化，而多孔二氧化硅具有重量轻、化学性能稳定的特点，在制备过程中可以很容易地涂覆在纳米零价铁表面。
现有技术对水体中砷的去除采用的有物理法和生物法，但是物理法去除效率低，生物法周期长，相较而言，化学法具有效率高、周期短、经济的优点，本发明基于化学法制备生物质除砷材料，有效的解决了物理法和生物法遇到的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种生物质除砷材料及其制备方法，以提高水体中砷的去除率、降低成本、减少对环境的污染。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种生物质除砷材料，其特征在于：以生物质纤维为基底、以除砷活性组分零价铁为中间层、以二氧化硅为保护层，纳米零价铁在生物质纤维表面呈阵列分布，二氧化硅包覆在纳米零价铁表面，以有效去除水体中的砷。
所述的生物质纤维的直径为5～30μm，纳米零价铁的粒径为10～100nm，二氧化硅层的厚度为20～200nm；所述的生物质纤维与纳米零价铁的质量比为10～1:1，二氧化硅层与纳米零价铁的质量比为0.5～1:1。
一种生物质除砷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为5～15：1计，将混合溶液和生物质纤维通过超声处理使其分散均匀后，移至反应釜中，在80～120℃下反应10～15h后，冷却、过滤，再用去离子水和无水酒精分别洗涤3～6次，得到负载了羟基氧化铁的生物质纤维固体；
步骤二，将无水酒精与h2o的体积比为5～10:1配成酒精溶液，将负载了羟基氧化铁的生物质纤维固体加入到所述酒精溶液中后，再加入氨水与正硅酸四乙酯，所述氨水与正硅酸四乙酯的体积比为10～1：1；常温下磁力搅拌至均匀后过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤3～6次，得到包覆二氧化硅的纤维固体；
步骤三，在还原性气体氛围下，将所述包覆二氧化硅的纤维固体在300～700℃下放置在管式炉内6～12h，冷却后得到最终产物，即生物质除砷材料。
所述步骤一中的生物质纤维是指棉纤维、苎麻纤维、黄麻纤维或椰子纤维中的任一种。
所述步骤一中的超声处理时间为30～60min。
所述步骤一、步骤二中的用去离子水和无水酒精分别洗涤后，需要再在30～60℃内烘干。
所述步骤二中的磁力搅拌时间为2～6h，搅拌速度为500～1000r/min。
所述步骤二中的氨水和硅酸四乙酯的加样顺序为先氨水，后正硅酸四乙酯。
所述步骤三中的还原性气体为氢气或者氢氩混合气。
所述步骤三中的管式炉是升温速率为5～15℃/min，恒温时间为2～5h。
本发明具有有益效果。本发明制备过程可控，与现有技术相比，具有以下效果：（1）本发明内部活性组分为纳米零价铁，分布有序，具有较高的活性和吸附性，能够有效的去除水体中的砷。该材料的制备过程可控，可用于水体中砷的去除；（2）本发明以二氧化硅作为包覆材料，具有价廉、安全和绿色环保等优点，且包覆后的纳米零价铁不易被氧化；（3）本发明二氧化硅保护层的厚度在纳米级，具有多孔的性质，充分利用二氧化硅的多孔性，纳米零价铁的高表面活性，将其负载在生物质纤维的表面，得到的生物质除砷材料具有去除率高、成本低、环保等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案做如下进一步说明。
实施例1
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为8：1计，将混合溶液和棉纤维通过超声35min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在100℃下反应11h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤3次，在50℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比7:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为6：1，常温下磁力搅拌4h，搅拌速度为600r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤3次后，在50℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在400℃下放置在管式炉内7h，升温速率为8℃/h，恒温时间为2h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例2
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为9：1计，将混合溶液和苎麻纤维通过超声40min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在80℃下反应15h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次，在55℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比5:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为7：1，常温下磁力搅拌5h，搅拌速度为700r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次后，在55℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢氩混合气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在600℃下放置在管式炉内8h，升温速率为5℃/h，恒温时间为3h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例3
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为5：1计，将混合溶液和黄麻纤维通过超声60min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在110℃下反应10h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤5次，在30℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比9:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为10：1，常温下磁力搅拌6h，搅拌速度为500r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤5次后，在30℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在700℃下放置在管式炉内6h，升温速率为12℃/h，恒温时间为4h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例4
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为10：1计，将混合溶液和棉纤维通过超声45min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在95℃下反应12h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次，在45℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比8:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为5：1，常温下磁力搅拌3h，搅拌速度为800r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次后，在45℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢氩混合气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在500℃下放置在管式炉内9h，升温速率为10℃/h，恒温时间为3h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例5
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为15：1计，将混合溶液和椰子纤维通过超声50min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在120℃下反应10h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤6次，在60℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比10:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为1：1，常温下磁力搅拌4h，搅拌速度为900r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤6次后，在60℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在300℃下放置在管式炉内12h，升温速率为14℃/h，恒温时间为5h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例6
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为12：1计，将混合溶液和苎麻纤维通过超声30min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在85℃下反应14h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤3次，在40℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比6:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为3：1，常温下磁力搅拌6h，搅拌速度为1000r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤3次后，在40℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢氩混合气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在450℃下放置在管式炉内11h，升温速率为15℃/h，恒温时间为4h，冷却后得到生物质除砷材料。
实施例7
a）按nano3溶液和fecl3溶液的溶质摩尔比为7：1计，将混合溶液和黄麻纤维通过超声45min使其分散均匀后，移至到反应釜中，在90℃下反应13h后，冷却，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次，在35℃下烘干样品，得到负载了羟基氧化铁的纤维固体。
b）按无水酒精与h2o的体积比7:1，将负载了羟基氧化铁的纤维固体加入到酒精溶液中后，加入氨水与正硅酸四乙酯的体积比为4：1，常温下磁力搅拌2h，搅拌速度为800r/min，过滤，用去离子水和无水酒精分别洗涤4次后，在35℃下烘干样品，得到包覆二氧化硅的纤维固体。
c）在氢气氛围下，将包覆二氧化硅的纤维固体在550℃下放置在管式炉内10h，升温速率为9℃/h，恒温时间为2h，冷却后得到生物质除砷材料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。