一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法及应用，所述制备方法包括如下步骤：S1、在2wt％的海藻酸钠水溶液中，滴加铁(II)盐溶液和/或锰(II)盐溶液，通过交联反应生成铁/锰交联海藻酸钠，洗涤收集微球形颗粒，并干燥；S2、将步骤S1中的干燥的海藻酸钠在保护气体下在300

【技术实现步骤摘要】
一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境治理领域，特别是涉及一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]伴随着工业化的推进，水环境与土壤环境中重金属污染日益严重，严重威胁人类健康和生态发展。研发快速和高效重金属吸附剂，吸附重金属离子，实现重金属离子的高效和快速吸附，将水体中重金属离子降低至国家相关水质标准限定值(比如As为0.05mg/L)，对水环境和土壤环境的可持续发展是至关重要的。
[0003]现有的用于吸附的复合材料不易实现与重金属离子的有效结合制备工艺繁琐，吸附性能比较低，价格比较昂贵等缺陷，使得其对重金属吸附领域的应用受到限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提出一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法及应用。
[0005]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006]一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、在2wt％的海藻酸钠水溶液中，滴加铁(II)盐溶液和/或锰(II)盐溶液，通过交联反应生成铁/锰交联海藻酸钠，洗涤收集微球形颗粒，并干燥；
[0008]S2、将步骤S1中的干燥的海藻酸钠在保护气体下在300
‑
900℃下烧结碳化1
‑
4h后，冷却、洗涤、干燥、研磨、过筛得到所述碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料。
[0009]优选地，所述铁(II)盐溶液为硫酸亚铁溶液。
[0010]优选地，所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液、氯化锰溶液中的至少一种，优选地，所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液。
[0011]优选地，所述步骤S2中在600℃下烧结碳化2h。
[0012]优选地，所述步骤S2中的所述过筛是指过60目筛。
[0013]优选地，当所述步骤S1中滴加的是铁(II)盐溶液或锰(II)盐溶液时，所述海藻酸钠水溶液与所述铁(II)盐溶液或锰(II)盐溶液的体积比为1:1，且在所述铁(II)盐溶液中铁(II)离子的摩尔浓度为0.67mol/L，在所述锰(II)盐溶液中锰(II)离子的摩尔浓度为0.67mol/L；当所述步骤S1中滴加的是铁(II)盐溶液和锰(II)盐溶液两者的混合溶液时，所述海藻酸钠水溶液与所述混合溶液的体积比为1:2，且在所述混合溶液中铁(II)离子的摩尔浓度为0.33mol/L，所述锰(II)离子的摩尔浓度为0.33mol/L。
[0014]优选地，所述保护气体为氦气、氖气、氩气和氮气中的至少一种；所述步骤S1的滴加指采用转速为3mL/min的蠕动泵进行滴加。
[0015]一种由所述制备方法制得的碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料。
[0016]一种所述的碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料在处理重金属离子和/或磷素中的
应用。
[0017]优选地，所述重金属离子为As(III)离子、As(V)离子和Cr(VI)离子中的至少一种。
[0018]本专利技术的有益效果包括：本专利技术通过交联和热解反应的制备方法可以提高复合材料的比表面积和增加其孔隙度，实现其与重金属离子和/或磷素的有效接触，进而可以快速高效地吸附重金属离子与磷素，并可以同步实现对重金属离子的氧化或还原，降低金属离子的毒性，因此本专利技术实施例中通过简单工艺流程制备的高效碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料可以同时实现重金属毒性降低与去除、磷素持留和光催化还原吸附重金属。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1与2制备的复合材料的XRD图。
[0020]图2为本专利技术实施例1与2制备的复合材料的FT
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IR图。
[0021]图3为本专利技术实施例1与2制备的复合材料的SEM图。
[0022]图4为本专利技术实施例1制备的复合材料吸附As(III)，As(V)，和Cr(VI)动力学曲线。
[0023]图5为本专利技术实施例1制备的复合材料持留磷素动力学曲线。
[0024]图6为本专利技术实施例1制备的复合材料持吸附
‑
解析曲线分析(Barrett
‑
Emmett
‑
Teller)。
具体实施方式
[0025]下面对照附图并结合优选的实施方式对本专利技术作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]本专利技术实施例提供一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0027]S1、在2wt％的海藻酸钠水溶液中，滴加铁(II)盐溶液和/或锰(II)盐溶液，通过交联反应生成铁/锰交联海藻酸钠，洗涤收集微球形颗粒，并干燥；
[0028]S2、将步骤S1中的干燥的海藻酸钠在保护气体下在300
‑
900℃下烧结碳化1
‑
4h后，冷却、洗涤、干燥、研磨、过筛得到所述碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料。
[0029]在上述技术方案中，通过步骤S1制得的铁/锰交联海藻酸钠呈微球形颗粒形式，由于其表面光滑而不利于与重金属离子等进行有效结合，通过步骤S2对铁/锰交联海藻酸钠进行烧结碳化处理，可以提高复合材料的比表面积和增加其孔隙度，实现其与重金属离子和/或磷素的有效接触，进而可以快速高效地吸附重金属离子与磷素，并可以同步实现对重金属离子的氧化或还原(例如实现六价铬(Cr(VI))的还原与三价砷(As(III))的氧化)，降低金属离子的毒性，因此本专利技术实施例中的碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料可以同时实现重金属毒性降低与去除。
[0030]在优选的实施例中，所述铁(II)盐溶液为硫酸亚铁溶液。
[0031]在优选的实施例中，所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液、氯化锰溶液中的至少一种，优选地，所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液。
[0032]在优选的实施例中，所述步骤S2中在600℃下烧结碳化2h。
[0033]在优选的实施例中，所述步骤S2中的所述过筛是指过60目筛。
[0034]在优选的实施例中，当所述步骤S1中滴加的是铁(II)盐溶液或锰(II)盐溶液时，
所述海藻酸钠水溶液与所述铁(II)盐溶液或锰(II)盐溶液的体积比为1:1，且在所述铁(II)盐溶液中铁(II)离子的摩尔浓度为0.67mol/L，在所述锰(II)盐溶液中锰(II)离子的摩尔浓度为0.67mol/L；当所述步骤S1中滴加的是铁(II)盐溶液和锰(II)盐溶液两者的混合溶液时，所述海藻酸钠水溶液与所述混合溶液的体积比为1:2，且在所述混合溶液中铁(II)离子的摩尔浓度为0.33mol/L，所述锰(II)离子的摩尔浓度为0.33mol/L。
[0035]在优选的实施例中，所述步骤S1的滴加指采用转速为3mL/min的蠕动泵进行滴加。
[0036]在优选的实施例中，所述保护气体为氦气、氖气、氩气和氮气中的至少一种。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在2wt％的海藻酸钠水溶液中，滴加铁(II)盐溶液和/或锰(II)盐溶液，通过交联反应生成铁/锰交联海藻酸钠，洗涤收集微球形颗粒，并干燥；S2、将步骤S1中的干燥的海藻酸钠在保护气体下在300
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900℃下烧结碳化1
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4h后，冷却、洗涤、干燥、研磨、过筛得到所述碳化铁/锰交联海藻酸钠复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁(II)盐溶液为硫酸亚铁溶液。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液、氯化锰溶液中的至少一种，优选地，所述锰(II)盐溶液为硫酸锰溶液。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中在600℃下烧结碳化2h。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的所述过筛是指过60目筛。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：当所述步骤S1中滴加的是铁(II)盐溶液或锰(II)盐溶液时，所述海藻酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：管运涛，毛伟，张慧旻，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：