本发明专利技术公开了一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，该磁性纳米纤维材料是以聚合物材料为基体，磁性复合量子点为无机填充材料，采用静电纺丝技术制备获得，作为纳米级的磁性纤维材料，表面具有吸附污染物的多活性位点，对有机‑无机复合污染的纺织工业废水中的有机物以及重金属均具有良好的清除效果，处理污水后可以通过磁分离技术分离，提高了处理剂的分离效率，简化污水处理工艺；该磁性纳米纤维材料对纺织工业废水中的CODCr、氨氮、总磷的去除率分别达到了98%、92%、98%以上，对废水中的重金属铅、铜、铬基本实现了完全去除；在纺织工业废水处理方面具有广阔的应用前景。
A Magnetic Nanofibre Material for Wastewater Treatment in Textile Industry
【技术实现步骤摘要】
一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料
本专利技术涉及废水处理领域，具体涉及一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料。
技术介绍
随着纺织工业的发展，我国纺织工业的废水排放量居各工业行业的前列，纺织工业产生的废水中包括染料、浆料、整理剂、助剂、纤维杂质等污染物，同时一般印染废水中还含有大量的重金属元素，作为用水量大、废水排放较多的工业部门之一的纺织工业中的染料、整理剂等带来的有机、无机污染物若不加以严格处理，将会给人类赖以生存的环境带来严重威胁。目前，纺织印染废水的处理方法主要包括沉淀、吸附、氧化还原、混凝、离子交换处理以及生物技术等，但由于印染废水中的成分复杂，不同废水的理化性质存在差异，一种废水处理方法只能只能针对一种或一类的污染物，采用传统的沉淀、混凝方法处理成分复杂的纺织印染废水，存在废水处理中污染物处理不彻底的问题；离子交换以及生物技术存在处理总成本高的问题；虽然可采用多种处理剂复合使用，但其增加了处理工序和成本，且处理效率仍需进一步提高。因此急需研究开发一种高效的复合纺织工业废水处理剂。目前，随着光催化技术的发展，光催化技术已被广泛用于废水治理，光催化反应可以将水体中生物难降解的有机污染物在光照条件下分解为无毒无污染的无机离子。纳米二氧化钛因具有尺寸小、比表面积大、表面活性位点多、不易引起光散射等特点使其成为一种具有极大应用前景的光催化剂之一。但纳米二氧化钛作为光催化剂应用时存在以下问题：一是纳米二氧化钛作为一种纳米材料，其制备过程中易发生团聚，形成的颗粒尺度大，而降低了纳米粒子的比表面积，不利于后期的应用；二是在应用中，无论是作为材料直接应用，还是作为添加剂提高材料的性能，常以粉体的形式存在，易造成粉尘度大以及原料分散性差、易于团聚、利用率低的问题，对环境造成二次污染，危害人体健康；三是二氧化钛禁带较宽，光生电子和空穴的复合几率大，只能吸收利用紫外光，光响应范围窄，量子利用率，而使其光催化效率降低。因此对二氧化钛进行改性处理以提高其废水处理效率已成为目前研究热点。静电纺丝作为一种高效制备纳米纤维的技术，因其方便快捷的得到连续的纳米纤维而受到广泛关注。近年来，不乏将高聚物通过静电纺丝制备获得纳米纤维材料的研究，但高聚物存在以下缺陷，获得的纤维机械强度差。而通过静电纺丝技术将具有特殊性能的有机高分子材料和无机材料共纺获得功能性复合纳米纤维材料，有机、无机材料性能互补，克服了纤维材料功能单一的问题，目前将纳米纤维用于纺织工业废水处理的研究鲜有报道。近年来，磁分离技术已应用于废水处理领域，磁性材料用于废水处理时耗能低，在磁场作用下，可以实现磁性材料和废水的快速分离，提高废水的处理效率。本专利技术以纳米二氧化钛、石墨烯、纳米四氧化三铁复合获得的磁性复合量子点作为无机材料与聚合物复合材料采用静电纺丝技术混纺获得了纳米级复合纤维材料，该纳米纤维材料结合了纳米二氧化钛对有机污染物的光催化性能和功能性的生物高分子材料对重金属污染物的鳌合吸附性能以及磁性材料易于磁分离的优势。在有机、无机复合污染的纺织工业废水处理方面具有广泛的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，该纳米纤维材料结合了磁性复合量子点以及生物高分子纤维材料的优势，作为纳米级的纤维材料，表面具有吸附污染物的多活性位点，对有机-无机复合污染水体具有高效的处理效果，解决了目前纺织工业废水处理剂功能单一、处理效果差、分离困难的问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，该材料是将磁性复合量子点和聚合物材料的杂化材料通过静电纺丝技术制备获得，其中，所述的聚合物材料是由以下重量份数的原料组成：20-35份聚乙烯亚胺、15-28份海藻酸钠、3-8份明胶和2-7份聚乙烯醇；所述磁性纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：(1)磁性复合量子点的制备：a.将钛酸四丁酯与冰醋酸溶解于去离子水中，充分搅拌混合获得二氧化钛前驱体溶液A；b.将Fe3+与Fe2+溶于去离子水中，向其中加入半胱氨酸和巯基乙酸的混合溶液，搅拌形成均质溶液，于60℃搅拌反应，逐渐加入碱性溶液调节反应体系pH为8-9，继续搅拌反应3-4h，而后加入柠檬酸，搅拌反应至体系为中性，获得复合溶液B；其中碱性溶液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液；c.将a中的二氧化钛前驱体溶液A逐渐加入b中的复合溶液B中，搅拌均匀，形成均质乳液，将乳液置于反应釜中130-180℃避光搅拌反应6-24h，加入乙醇，离心分离获得磁性复合量子点；(2)将步骤(1)中的磁性复合量子点分散于去离子水中，向其中加入分散剂，以1000-2000W的功率超声分散1-3h，得到磁性复合量子点分散液，待用；(3)将聚合物材料在50wt％乙醇水溶液中超声共混形成聚合物溶液，向聚合物溶液中加入碱性物质，调节体系的pH为8-11，而后控制体系的温度在30-40℃，向其中逐渐加入二硫化碳恒温反应3-4h，获得聚合物复合溶液，待用；(4)将步骤(2)中的磁性复合量子点分散液与步骤(3)聚合物复合溶液混合，超声分散均匀，获得纺丝液，采用静电纺丝技术获得磁性纳米纤维材料。优选地，所述的磁性复合量子点与聚合物材料的重量比为1:5-10。优选地，步骤(1)所述的钛酸四丁酯、冰醋酸和去离子水的摩尔比为：1:0.5-1:3-5。优选地，步骤(1)所述的Fe3+、Fe2+、半胱氨酸、巯基乙酸、柠檬酸的摩尔比为2:1:4:4:1优选地，步骤(1)所述的钛酸四丁酯与柠檬酸的重量比为9:7。优选地，所述的半胱氨酸和巯基乙酸混合溶液中半胱氨酸、巯基乙酸的质量百分浓度分别为24-26wt％、18-20wt％。优选地，步骤(2)所述的分散剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、琥珀酸酯磺酸钠、琥珀酸酯磺酸钠钾；所述的分散剂和磁性复合量子点的重量比为1:1。优选地，步骤(2)所述的聚合物材料与二硫化碳的重量比为1:16-40。优选地，步骤(2)所述的碱性物质为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。优选地，步骤(4)所述的静电纺丝的工艺参数为：纺丝液的表观粘度为1000-10000MPa·s，静电压为10-40kV，注射泵流速为0.3～4mL/h，喷丝头距接收屏距离为6～20cm，采用正交实验方法调节纺丝参数进行纺丝。本专利技术磁性纳米纤维材料以聚合物材料为基体材料，磁性复合量子点作为无机填充材料，聚合物基体材料为磁性复合量子点提供了充足的附着点，复合量子点的填充增加了纳米纤维材料的机械强度，无机填充材料磁性复合量子点表面带有一定的负电荷，通过静电作用吸引在聚合物基体材料表面，增强了无机填料和聚合物有机基体之间的相互作用力，避免了后续磁性复合量子点的脱落。本专利技术用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维的基体材料是聚合物复合材料，包括明胶、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、海藻酸钠，明胶表面含有可反应性的氨基和羧基，聚乙烯亚胺表面含有活性的氨基，海藻酸钠表面含有大量的羟基、羧酸根，各高分子材料间通过化学键或氢键相互交联缠结，提高了复合材料的机械强度，采用二硫化碳对复合材料进行改性，获得表面负载二硫代羧基的高分子聚合物材料。氨基、羧基、二硫代羧基对不同种重金属具有不同的鳌合能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，其特征在于，该材料是将磁性复合量子点和聚合物材料的杂化材料通过静电纺丝技术制备获得，其中，所述的聚合物材料是由以下重量份数的原料组成：20‑35份聚乙烯亚胺、15‑28份海藻酸钠、3‑8份明胶和2‑7份聚乙烯醇；所述磁性纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性复合量子点的制备：a.将钛酸四丁酯与冰醋酸溶解于去离子水中，充分搅拌混合获得二氧化钛前驱体溶液A；b.将Fe
【技术特征摘要】
1.一种用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，其特征在于，该材料是将磁性复合量子点和聚合物材料的杂化材料通过静电纺丝技术制备获得，其中，所述的聚合物材料是由以下重量份数的原料组成：20-35份聚乙烯亚胺、15-28份海藻酸钠、3-8份明胶和2-7份聚乙烯醇；所述磁性纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性复合量子点的制备：a.将钛酸四丁酯与冰醋酸溶解于去离子水中，充分搅拌混合获得二氧化钛前驱体溶液A；b.将Fe3+与Fe2+溶于去离子水中，向其中加入半胱氨酸和巯基乙酸的混合溶液，搅拌形成均质溶液，于60℃搅拌反应，逐渐加入碱性溶液调节反应体系pH为8-9，继续搅拌反应3-4h，而后加入柠檬酸，搅拌反应至体系为中性，获得复合溶液B；其中碱性溶液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液；c.将a中的二氧化钛前驱体溶液A逐渐加入b中的复合溶液B中，搅拌均匀，形成均质乳液，将乳液置于反应釜中130-180℃避光搅拌反应6-24h，加入乙醇，离心分离获得磁性复合量子点；（2）将步骤（1）中的磁性复合量子点分散于去离子水中，向其中加入分散剂，以1000-2000W的功率超声分散1-3h，得到磁性复合量子点分散液，待用；（3）将聚合物材料在50wt%乙醇水溶液中超声共混形成聚合物溶液，向聚合物溶液中加入碱性物质，调节体系的pH为8-11，而后控制体系的温度在30-40℃，向其中逐渐加入二硫化碳恒温反应3-4h，获得聚合物复合溶液，待用；（4）将步骤（2）中的磁性复合量子点分散液与步骤（3）聚合物复合溶液混合，超声分散均匀，获得纺丝液，采用静电纺丝技术获得磁性纳米纤维材料。2.如权利要求1所述的用于纺织工业废水处理的磁性纳米纤维材料，其特征在于，所述的磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，
申请(专利权)人：张慧，
类型：发明
国别省市：河南,41
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