本發(fā)明涉及凈水材料技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種多功能凈水沙及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的發(fā)展，各種污水(重金屬、農(nóng)藥、細菌、石油)迅猛增加，嚴重威脅著人類的飲水安全。據(jù)統(tǒng)計，全球每年有近7億人由于缺乏最基本的凈水設(shè)備，而喝不到純凈的水，造成了難以計數(shù)的疾病與死亡。污水處理是關(guān)系到人類生存的重要課題。

目前，雖然多種技術(shù)手段已經(jīng)應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域，但這些技術(shù)往往只能處理單一種類的污水，并且都存在一些缺陷。其中，以活性污泥處理技術(shù)為代表的生物處理技術(shù)往往需要大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)與用地面積，在偏僻地區(qū)無法普及，而且處理后的污泥不易清理、易形成二次污染；以液氯、重金屬捕捉劑等化學試劑為代表的化學凈水技術(shù)，易產(chǎn)生對人體有害的化學物質(zhì)；以膜技術(shù)為代表的物理凈水技術(shù)，耗能較高，成本較高，膜材料不可重復利用，壽命較短。

自然界中，生物蛋白或大分子具有多重的吸附作用。例如，牛奶中的β-乳球蛋白對水中的重金屬離子，放射性物質(zhì)，甚至是細菌都具有凈化功能(專利號WO2015140074A1；Amyloid–carbon hybrid membranes for universal water purification.Nature Nanotechnology,2016,11,365)，對于重金屬離子也能進行回收再利用。但是，這種牛乳蛋白需要進一步合成為纖維，并加工成膜材料，制備工藝復雜。

沙漠，海灘中的沙子，是世界上最廉價的資源。沙粒粒徑小，往往在微米級，具有較大的比表面積，可以成為較好的吸附載體。同時，濕潤的沙子具有優(yōu)異的疏油性(Oil-Water Separation:A Gift from the Desert.Adv.Mater.Interfaces 2016,3,1500650)，能夠?qū)⑹臀鬯M行油水分離，實現(xiàn)對石油的回收。

因此，本發(fā)明提出一種多功能凈水沙，解決了現(xiàn)有凈水材料除污功能單一，不能循環(huán)利用，易產(chǎn)生二次污染的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種多功能凈水沙。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種多功能凈水沙的制備方法。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種多功能凈水沙的應(yīng)用。

為達到上述第一個目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種多功能凈水沙，包括沙粒A、生物粘附劑B、銀納米粒子和生物粘附劑C，其重量份數(shù)比為100：2～20：0～19：0～10；所述沙粒A選自沙漠沙、河灘沙、海灘沙、二氧化硅微球中的一種或幾種；所述生物粘附劑B選自鄰苯二酚、多巴胺、白藜蘆醇、殼聚糖、單寧酸中的一種或幾種；所述生物粘附劑C選自多巴胺、殼聚糖、石墨烯中的一種或幾種。本發(fā)明采用的生物粘附劑，具有較強的粘附作用，有利于包裹在沙粒表面，且生物相容性較好，能夠吸附污水中大部分重金屬離子和農(nóng)藥有機物。

優(yōu)選地，所述沙粒A的粒徑為10～200μm。本發(fā)明采用廉價的沙子，成本低，易工業(yè)化；且沙粒粒徑小，具有較大的比表面積，可以成為較好的吸附載體；濕潤的沙子具有優(yōu)異的疏油性，能夠?qū)⑹臀鬯M行油水分離，實現(xiàn)對石油的回收。

優(yōu)選地，所述銀納米粒子的粒徑為5～20nm。

為達到上述第二個目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種多功能凈水沙的制備方法，包括如下步驟：

將三羥甲基氨基甲烷加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至7.5～10，加入生物粘附劑B，在室溫下攪拌10～60min，然后加入沙粒A，在室溫下攪拌3～24h，轉(zhuǎn)速為400～1000r/min，最后經(jīng)過洗滌，干燥，制得多功能凈水沙。

優(yōu)選地，一種多功能凈水沙的制備方法，包括如下步驟：

1)將三羥甲基氨基甲烷加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至7.5～10，加入生物粘附劑組分B，在室溫下攪拌10～60min，然后加入沙粒A，在室溫下攪拌3～24h，轉(zhuǎn)速為400～1000r/min，最后經(jīng)過洗滌，干燥，制得初步改性的沙粒；

2)將20～120份步驟1)制得的初步改性的沙粒和3～6份的硝酸銀分散在1000～3000份水中，加入2～10份的質(zhì)量分數(shù)為28％的氨水，反應(yīng)0.5～2h，制得銀納米粒子，再加入0.5～2份的生物粘附劑C，反應(yīng)30～60min，最后經(jīng)過洗滌，干燥，得到多功能凈水沙。

優(yōu)選地，所述干燥方法為冷凍干燥，時間為3～12h。

優(yōu)選地，所述生物粘附劑層的厚度為10～100nm。

為達到上述第二個目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種多功能凈水沙在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

所述污水為含有一種或幾種重金屬離子、農(nóng)藥、細菌或油類物質(zhì)的污水。

所述多功能凈水沙在污水處理后加入醋酸，可以回收重金屬和循環(huán)利用凈水沙。

本發(fā)明的多功能凈水沙中，生物粘附劑將制得的銀納米粒子與沙粒緊密粘附，生物粘附劑能夠吸附污水中大部分重金屬離子和農(nóng)藥有機物，吸附率超過95％；銀納米粒子起到殺菌的作用，滅菌率達到99.9％；同時，濕潤的凈水沙具有油水分離的效果，除油率同樣能到99.9％。另外，通過加入醋酸，能夠使多功能凈水沙釋放吸附的重金屬離子，實現(xiàn)重金屬的回收與凈水沙的循環(huán)利用。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明提出的多功能凈水沙解決了現(xiàn)有凈水材料除污功能單一，不能循環(huán)利用，易產(chǎn)生二次污染的問題。

(2)本發(fā)明的多功能凈水沙可以實現(xiàn)重金屬的回收與凈水沙的循環(huán)利用。

(3)本發(fā)明的多功能凈水沙對重金屬離子和農(nóng)藥有機物的吸附率超過95％，滅菌率達到99.9％，除油率同樣能到99.9％。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發(fā)明實施例4中多功能凈水沙進行油水分離的示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

一種多功能凈水沙的制備，包括如下步驟：

將三羥甲基氨基甲烷與1L水加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8.5，加入2g多巴胺，在室溫下攪拌20min，然后加入10g沙漠沙粒已改，在室溫下攪拌4h，轉(zhuǎn)速為800r/min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥5h，制得多功能凈水沙。

將制得的多功能凈水沙用于對重金屬污水的凈化，過程與結(jié)果如下：

將2g多功能凈水沙均勻放入直徑為30mm的層析柱中，加入50ml，10ppm的六價鉻離子溶液，進行過濾，利用電感耦合等離子體光譜儀(icp-oes)檢測濾液的鉻離子濃度，結(jié)果為0.04ppm，重金屬除去率達到99.6％。

實施例2

一種多功能凈水沙的制備，包括如下步驟：

1)將三羥甲基氨基甲烷與1L水加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8.5，加入2g多巴胺，在室溫下攪拌20min，然后加入10g沙漠沙粒，在室溫下攪拌4h，轉(zhuǎn)速為800r/min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥5h，制得初步改性的凈水沙。

2)將步驟1)中初步改性的沙粒與0.4g的硝酸銀分散在100ml水中，加入0.4ml的質(zhì)量分數(shù)為28％的氨水，反應(yīng)1h，再加入0.7g的多巴胺，反應(yīng)30min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥5h，得到多功能凈水沙。

將制得的多功能凈水沙用于對污水中農(nóng)藥有機物4-氨基吡啶的凈化，過程與結(jié)果如下：

將2g多功能凈水沙均勻放入直徑為30mm的層析柱中，加入50ml，10ppm的4-氨基吡啶溶液，進行過濾，利用紫外分光光度計檢測濾液的4-氨基吡啶濃度，結(jié)果為0.14ppm，農(nóng)藥有機物4-氨基吡啶除去率達到98.6％。

實施例3

一種多功能凈水沙的制備，包括如下步驟：

1)將三羥甲基氨基甲烷與1L水加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8.5，加入2g多巴胺，在室溫下攪拌20min，然后加入100g沙漠沙粒，在室溫下攪拌12h，轉(zhuǎn)速為1000r/min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥8h，制得初步改性的凈水沙。

2)將步驟1)中初步改性的沙粒與6g的硝酸銀分散在2000ml水中，加入0.6ml的質(zhì)量分數(shù)為28％的氨水，反應(yīng)1h，再加入1g的多巴胺，反應(yīng)30min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥10h，得到多功能凈水沙。

將制得的多功能凈水沙用于殺菌，過程與結(jié)果如下：

將2g多功能凈水沙均勻放入直徑為30mm的層析柱中，加入20ml，密度為50000個/ml的新鮮大腸桿菌菌液，進行過濾，取1ml濾液傾注在瓊脂培養(yǎng)基上，在37℃下培養(yǎng)48h，記錄培養(yǎng)基上中形成的菌落數(shù)量，結(jié)果為33個，除菌率達到了99.9％。

實施例4

一種多功能凈水沙的制備，包括如下步驟：

將三羥甲基氨基甲烷與1L水加入到反應(yīng)器中，利用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8.5，加入8g多巴胺，在室溫下攪拌10min，然后加入100g沙漠沙粒，在室溫下攪拌3h，轉(zhuǎn)速為1000r/min，最后經(jīng)過洗滌，冷凍干燥8h，制得多功能凈水沙。

將制得的多功能凈水沙用于油水分離，過程與結(jié)果如下：

如圖1所示，將2g多功能凈水沙均勻放入直徑為30mm的過濾器中，首先加入40ml亞甲基藍染色的水，水自由過濾，然后加入40ml油紅染色的石油醚，石油醚完全阻隔在沙層之上；再加入亞甲基藍染色的水，可看見，藍色的水穿過油層和沙層，落入收集燒杯中，整個過程中，沒有紅色的油相滴入燒杯中。利用紅外測油儀測定多功能凈水沙的油水分離效率，可達99.9％。

實施例5

對實施例1中吸附鉻離子后的多功能凈水沙進行解吸附，過程及結(jié)果如下：

將實施例1吸附鉻離子的凈水沙與100ml體積分數(shù)為10％的醋酸混合，靜置2h，洗滌，冷凍干燥8h。通過X射線光電子能譜分析，凈水沙上的鉻元素的特征峰消失，證明鉻離子已經(jīng)解吸附。

結(jié)論：本發(fā)明提出的多功能凈水沙中沙粒和生物粘附劑相互配合，能夠吸附污水中大部分重金屬離子和農(nóng)藥有機物，此外添加銀納米粒子可以起到殺菌的作用，各組分之間相互配合，協(xié)同作用，使其對污水處理的作用效果最優(yōu)，缺少任一組分都會使得對污水的處理在某些方面有不同程度的減弱。本發(fā)明的產(chǎn)品除污功能多樣，而且可以循環(huán)利用，避免了二次污染的發(fā)生。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。