一种负载表面活性剂的针铁矿材料及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于环境功能材料的制备领域，主要涉及一种负载表面活性剂的针铁矿材料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
针铁矿(goethite,α-feooh)是热带和亚热带土壤中最广泛存在的铁矿物之一，其不仅具有较大的工业生产价值，且由于化学性质较为稳定并具有微细的颗粒结构和较大的比表面积，在环境治理方面也极具发展和应用前景，是一种性能优良的环境功能材料。针铁矿能稳定存在于酸性土壤中，通过其与污染物之间的迁移扩散、吸附解吸、沉淀溶解、氧化还原等界面反应，能显著影响所在环境中污染物的地球化学循环过程，从而影响污染物在环境中的迁移转化能力及毒理生态效应。
[0003]
天然针铁矿对重金属和有机污染物的吸附能力较为有限。与黏土矿物类似，目前已经有不少学者开始聚焦于针铁矿的改性，以提高其对特定污染物的去除能力。然而无论是优化针铁矿制备条件，还是在制备过程中负载/参杂特定化学物质，目前改性后所提升的去除污染物的能力依然还不够理想。
[0004]
表面活性剂常用来对某些吸附剂进行改性，其不仅能使反应体系的界面状态发生变化，还能丰富原有吸附剂的表面官能团，故往往能提高一些吸附剂的吸附能力。表面活性剂种类繁多，不同表面活性剂具有不同的化学性质，但是在针铁矿制备的过程中，加入表面活性剂进行改性的方式也尚不多见。
[0005]
张晋华等[张晋华，朱晓萌，徐寸发等，一种合成表面活性剂改性的针铁矿的方法，2014]在制备针铁矿过程中加入了十二烷基硫酸钠(c
12
h
25
nao4s)溶液，合成的产物对水中有机污染物的吸附效率有一定的提高。但是关于对重金属吸附的相关复合材料，目前还尚未见报道。


技术实现要素：

[0006]
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种负载表面活性剂的针铁矿材料及其制备方法。
[0007]
本发明的目的是提供一种负载表面活性剂的针铁矿的制备方法。
[0008]
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0009]
本发明提供的负载表面活性剂的针铁矿材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]
(1)将表面活性剂加入溶剂中，混合均匀，得到表面活性剂溶液；将所述活性剂溶液与三价铁溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液；
[0011]
(2)调节步骤(1)所述混合溶液ph值为12.0-13.0，转移到聚乙烯塑料瓶中，盖口后升温进行陈化处理(在烘箱中静置陈化)，离心取沉淀，洗涤，干燥，研磨成粉，过筛，得到所述负载了表面活性剂的针铁矿材料。
[0012]
进一步地，步骤(1)所述表面活性剂为阴离子型聚丙烯酰胺。
[0013]
进一步地，步骤(1)所述溶剂为去离子水；所述表面活性剂溶液的浓度为8.0-12.0 g/l。
[0014]
进一步地，步骤(1)所述三价铁溶液为fe(no3)3·
9h2o溶液，所述三价铁溶液的浓度为0.9-1.1 mol/l。
[0015]
进一步地，步骤(1)所述表面活性剂溶液与三价铁溶液的体积比为1:4-1:6。
[0016]
优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为10 min。
[0017]
进一步地，步骤(2)所述陈化处理的时间不小于48小时。
[0018]
进一步地，步骤(2)所述陈化处理的温度为60-70℃。
[0019]
优选地，步骤(2)所述陈化处理的时间为60h。
[0020]
优选地，步骤(2)中，可以使用强碱溶液对混合溶液的ph值进行调节，所述强碱溶液为naoh溶液、koh溶液中的一种以上。所述强碱溶液的浓度为5 mol/l。
[0021]
进一步地，步骤(2)所述过筛的筛孔大小为100目。
[0022]
进一步地，步骤(2)所述干燥为真空条件下进行冷冻干燥，所述冷冻干燥的温度为-20℃。
[0023]
本发明提供一种由上述的制备方法制得的负载表面活性剂的针铁矿材料(负载了表面活性剂的针铁矿复合体)。
[0024]
本发明通过共沉淀法制备的针铁矿形貌均一，可用于吸附水溶液中的重金属离子，且相较于纯针铁矿，去除效率更高。
[0025]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0026]
(1)本发明提供的制备方法，采用水热法制备负载了表面活性剂的针铁矿复合体，不仅制备了纳米尺寸的颗粒和形貌，同时表面活性剂的引入，有助于减小针铁矿的团聚，使针铁矿表面的具有更丰富的官能团。
[0027]
(2)本发明制备的负载表面活性剂的针铁矿材料，相较于相同条件下制备的纯针铁矿样品，对于水溶液中重金属离子的去除效果，提升显著。
附图说明
[0028]
图1是本发明实施例1制备的样品的xrd图。
[0029]
图2是本发明实施例1制备的样品的ftir图。
[0030]
图3是本发明实施例1制备的样品的sem图。
[0031]
图4是本发明实施例1制备的样品的sem-eds图。
[0032]
图5是本发明实施例1制备的样品与相同条件下制备的纯针铁矿样品分别对重金属镉的吸附效率图。
具体实施方式
[0033]
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
[0034]
实施例1
[0035]
称取20.2 g fe(no3)3·
9h2o置于烧杯中，加入0.05 l蒸馏水配置成1 m溶液。将体积为0.01 l的810 g/l的阴离子型聚丙烯酰胺(apam)溶液倒入到硝酸铁溶液中，充分搅拌混合成均匀悬浊液。随后一边将5m的koh溶液分次倒入到前述混合悬浊溶液中，一边搅拌，调节所述均匀悬浊液的ph为13.0。将混合溶液全部转移至聚乙烯塑料瓶中，密封，在60℃烘箱中静置陈化60h。静置陈化后离心，用去离子水清洗5次后冷冻干燥，研磨过100目筛后制得负载了阴离子聚丙烯酰胺的针铁矿复合体(负载表面活性剂的针铁矿材料)。制得负载表面活性剂的针铁矿材料样品的xrd、ft-ir、sem、sem-eds以及吸附曲线分别如图1-5所示。xrd图和sem图的结果表明，制备的针铁矿复合体样品为形貌均一，表面光滑的长杆针状纳米颗粒。在ft-ir图中可以看出，在789 cm-1
和883cm-1
附近的两个峰为针铁矿的特征峰，分别是表面-oh的伸缩振动和fe-oh-fe的表面羟基弯曲振动，且峰型尖锐对称，说明合成的针铁矿复合体结晶良好。1371 cm-1
附近的吸收峰是属于游离羟基的弯曲振动，负载了阴离子聚丙烯酰胺的针铁矿复合体吸附cd2+后，此处的吸收峰的强度明显减小。1656 cm-1
附近的吸收峰是结晶水的o-h弯曲振动。3100 cm-1
附近的伸缩振动是针铁矿游离-oh和水合羟基-oh2+的吸收峰，且复合体吸附cd2+后，此处的吸收峰强度也明显减小，意味着cd2+可能与表面羟基反应，使此处吸收峰强度降低。sem-eds和吸附曲线的结果表明，复合体样品对cd2+的去除效率十分显著。
[0036]
实施例2
[0037]
称取20.2 g fe(no3)3·
9h2o置于烧杯中，加入0.05 l蒸馏水配置成1 m溶液。将体积为0.01 l的10 g/l的阴离子型聚丙烯酰胺(apam)溶液倒入到硝酸铁溶液中，充分搅拌混合成均匀悬浊液。随后一边将5 m的naoh溶液分次倒入到前述混合悬浊溶液中，一边搅拌，最终调节所述均匀悬浊液的ph为12.0-13.0。将混合溶液全部转移至聚乙烯塑料瓶中，密封，在70℃烘箱中静置陈化48h。48h后离心，用去离子水清洗5次后冷冻干燥，研磨过100目筛后制得负载了阴离子聚丙烯酰胺的针铁矿复合体(负载表面活性剂的针铁矿材料)。实施例2制备的样品材料对重金属具有与实施例1材料相同的吸附能力，其表面理化性质可参照图1-5所示。
[0038]
实施例3
[0039]
称取20.2 g fe(no3)3·
9h2o置于烧杯中，加入0.05 l蒸馏水配置成1 m溶液。将体积为0.01 l的10 g/l的阴离子型聚丙烯酰胺(apam)溶液倒入到硝酸铁溶液中，充分搅拌混合成均匀悬浊液。随后一边将5 m的koh溶液分次倒入到前述混合悬浊溶液中，一边搅拌，最终调节所述均匀悬浊液的ph为12.0-13.0。将混合溶液全部转移至聚乙烯塑料瓶中，密封，在60℃烘箱中静置陈化48h。48h后离心，用去离子水清洗5次后冷冻干燥，研磨过100目筛后制得负载了阴离子聚丙烯酰胺的针铁矿复合体(负载表面活性剂的针铁矿材料)。实施例3制备的样品材料对重金属具有与实施例1材料相同的吸附能力，其表面理化性质可参照图1-5所示。
[0040]
对比例
[0041]
称取20.2 g fe(no3)3·
9h2o置于烧杯中，加入0.05 l蒸馏水配置成1 m溶液。随后一边将5 m的koh溶液分次倒入到硝酸铁溶液中，一边搅拌，最终调节混合溶液ph为13.0。将混合溶液全部转移至聚乙烯塑料瓶中，加入去离子水稀释至1l，密封，在60℃烘箱中静置陈化48h。48h后离心，用去离子水清洗5次后冷冻干燥，研磨过100目筛制得纯针铁矿。
[0042]
应用例
[0043]
将实施例1至实施例3所制得的针铁矿复合体与对比例所制得的纯针铁矿分别用于吸附重金属镉，镉的初始浓度为20mg/l,矿物投加量为0.5g/l，ph为5.0，反应温度为30摄氏度，反应体系为40ml。实验结果证明实施例所制得的针铁矿复合体对镉的吸附效率为80％以上，而对比例吸附率仅为48.9％，如图5所示。
[0044]
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。