CN105175719A - 一种具有吸附和还原性能的纳米铁-聚苯胺多孔材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有吸附和还原性能的纳米铁-聚苯胺多孔材料的制备方法，采用过硫酸铵氧化苯胺制备多孔的聚苯胺，采用氧化还原反应制备的纳米铁粉，作为还原六价铬离子的主体材料；首先，在含粉末的晶体或无定形羟基氧化铁的混合溶液中原位聚合聚苯胺，得到“纳米氧化铁-聚苯胺”复合物溶液，而后KBH4还原使其为“纳米铁-聚苯胺”的多孔材料；采用过硫酸铵在氧化铁混合液中氧化苯胺单体得到“氧化铁--聚苯胺”复合物溶液，此种复合多孔材料具有吸附和还原六价铬的双重功能。首先聚苯胺的多孔结构和较大的比表面积能够吸附六价铬；其次纳米铁能够将六价铬还原成为三价铬，降低其毒性。该多孔复合材料可以循环使用。

Description

一种具有吸附和还原性能的纳米铁-聚苯胺多孔材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有吸附和还原性能的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，是一种能够净化处理工业和生活污水中六价铬离子的复合材料，属于“无机-有机”复合功能材料技术领域。

背景技术

“无机-有机”复合功能材料是目前材料领域的开发热点，随着现代工业的进步和生活水平的提高，在这些活动中产生也将产生越来越多的含有六价铬的污水，这些污水无疑会对人类的生存环境产生负面的影响，因此，如何高效地对污水中六价铬进行处理已成为目前国内外科研和产业的研究重点，世界各国也都加大了对新型污水处理材料的科技投入。一般来水，处理污水中六价铬的手段主要为吸附、过滤、氧化还原反应、电化学方法等，然而，仅仅使用一种方法效率较低。因此，如能将两种或两种以上方法结合使用将会达到更加满意的效果；如本专利设计的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，即能够利用聚苯胺本身的多孔特性吸附六价铬离子，同时，其中的纳米铁粉能够通过氧化还原反应将六价铬还原为三价铬，以减小其毒性。该多孔材料还可以通过二次还原再次生成纳米铁，从而达到循环利用的目的，避免了材料的浪费以及新的污染物的产生。

发明内容

本发明的目的是开发具有吸附和还原双功能的新型材料，其基本思想是利用聚苯胺的多孔结构吸附小分子有机物，而后利用纳米铁的还原性能还原污水中的六价铬，且该复合材料能够循环使用。

按照本发明提供的技术方案，一种具有吸附和还原性能的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，其制备技术包括以下步骤：

（1）纳米铁通过还原反应制得，其来源为晶体或者无定形态的纳米氧化铁；

（2）聚苯胺通过在含纳米氧化铁的混合溶液中原位聚合得到，将一定量的苯胺单体滴加在过程1）中的含钛混合液中，搅拌以混合均匀，而后在其中加入过硫酸铵、超声震荡或机械搅拌形成“纳米氧化铁-聚苯胺”的复合材料；

3）在以上混合溶液中加入KBH4，在超声、搅拌过程中发生氧化还原反应，最终得到“纳米氧化铁-聚苯胺”的多孔材料。

在本发明所叙述的产品功能为：此种复合多孔材料具有吸附和还原六价铬的双重功能。首先聚苯胺的多孔结构和较大的比表面积能够吸附六价铬；其次纳米铁能够将六价铬还原成为三价铬，降低其毒性。该多孔复合材料可以循环使用。

本技术针对吸附、光催化降解等功能进行研究，所获得的功能材料可以应用于工业生产和日常生活中产生的六价铬离子，通过不同的比例和操作时间以满足不同污水处理的目的。

具体实施方式

一种具有吸附和还原六价铬“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，包括纳米铁粉和聚苯胺两种基体物质，是一种“无机-有机”复合多孔材料，其粒径范围在20-100nm之间；采用过硫酸铵氧化苯胺制备多孔的聚苯胺，作为吸附水溶液中小分子有机物的主体材料；采用氧化还原反应制备的纳米铁粉，作为还原六价铬离子的主体材料；采用两步法制备，首先，在含粉末的晶体或无定形羟基氧化铁的混合溶液中原位聚合聚苯胺，得到“纳米氧化铁-聚苯胺”复合物溶液，而后KBH4还原使其为“纳米铁-聚苯胺”的多孔材料；采用过硫酸铵在氧化铁混合液中氧化苯胺单体得到，在该步骤结束时，得到的物质为“氧化铁--聚苯胺”复合物溶液，其存在形式为悬浮物或胶体；其中铁与聚苯胺的质量比为1：0.1-1：10之间，根据污水中六价铬的含量和具体操作进行调控，以到达最佳性能；由于聚苯胺的包覆作用能够明显的改善纳米铁粒子的团聚现象，并切有效的阻止了其在空气中的自燃。

实施例一

一种具有吸附和还原性能的纳米铁—聚苯胺多孔材料的制备方法，其制备技术包括以下步骤：

（1）纳米铁通过还原反应制得，其来源为晶体或者无定形态的纳米氧化铁；

（2）聚苯胺通过在含纳米氧化铁的混合溶液中原位聚合得到，将一定量的苯胺单体滴加在过程1）中的含钛混合液中，搅拌以混合均匀，而后在其中加入过硫酸铵、超声震荡或机械搅拌形成“纳米氧化铁-聚苯胺”的复合材料；

3）在以上混合溶液中加入KBH4，在超声、搅拌过程中发生氧化还原反应，最终得到“纳米氧化铁-聚苯胺”的多孔材料。

实施例二

一种具有吸附和还原性能的纳米铁—聚苯胺多孔材料的制备方法合成方法，包括如下步骤：

1）、将粉末的晶体或无定形羟基氧化铁与苯胺的水溶液混合形成混合液，其中氧化铁与苯胺的质量比为1：0.1-1：10之间，在混合液中加入表面活性剂混合均匀形成混合物，混合液：表面活性剂的质量比为1：2.1；表面活性剂由聚乙二醇和月桂醇硫酸钠组成，聚乙二醇和月桂醇硫酸钠的质量比为0.5：1；

2）使用过硫酸铵氧化聚合苯胺，得到“氧化铁-聚苯胺”的复合材料；在混合物中加入过硫酸铵，过硫酸铵与混合物的质量比为1：1；

3）将步骤2中得到的产物“氧化铁-聚苯胺”的复合材料用水进行清洗，以去除未反应的苯胺和过硫酸铵和多余的表面活性剂，

4）采用KBH4（硼氢化钾）还原氧化铁得到“纳米铁粉-聚苯胺”多孔复合材料；将KBH4加入清洗后的“氧化铁-聚苯胺”的复合材料中进行超声反应，反应温度为120℃，反应时间为20分钟，KBH4与清洗后的“氧化铁-聚苯胺”的复合材料的质量比为0.1：5，超声的功率为200KW。该材料由于聚苯胺的多孔结构能够在水溶液中吸附铬离子，而复合材料中的纳米铁粉则具有将六价铬还原为三家铬的能力，从而达到净化污水的目的。此外，可以采用其他还原剂对使用后的复合材料进行处理，而使得该材料能够再次吸附并还原六价铬以到达循环利用的目的。本技术针对吸附和六价铬的还原功能性，所获得的“纳米铁粉-聚苯胺”多孔材料在处理、分解工业和生活污水方面有着较高的应用潜力。

Claims (6)

1.一种具有吸附和还原六价铬“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，包括纳米铁粉和聚苯胺两种基体物质，是一种“无机-有机”复合多孔材料，其粒径范围在20-100nm之间。

2.如权利要求1所述的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，其特征为，采用过硫酸铵氧化苯胺制备多孔的聚苯胺，作为吸附水溶液中小分子有机物的主体材料；采用氧化还原反应制备的纳米铁粉，作为还原六价铬离子的主体材料。

3.如权利要求1所述的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，其特征为，采用两步法制备，首先，在含粉末的晶体或无定形羟基氧化铁的混合溶液中原位聚合聚苯胺，得到“纳米氧化铁-聚苯胺”复合物溶液，而后KBH4还原使其为“纳米铁-聚苯胺”的多孔材料。

4.如权利要求3所述的原位聚合聚苯胺，其特征为，采用过硫酸铵在氧化铁混合液中氧化苯胺单体得到，在该步骤结束时，得到的物质为“氧化铁--聚苯胺”复合物溶液，其存在形式为悬浮物或胶体。

5.如权利要求1所述的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，其中铁与聚苯胺的质量比为1：0.1-1：10之间，根据污水中六价铬的含量和具体操作进行调控，以到达最佳性能。

6.如权利要求1所述的“纳米铁-聚苯胺”多孔材料，由于聚苯胺的包覆作用能够明显的改善纳米铁粒子的团聚现象，并切有效的阻止了其在空气中的自燃。