一种纳米磁性吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米磁性吸附剂及其制备方法和应用，所述纳米磁性吸附剂，包括铁盐、亚铁盐和纳米磷酸盐，所述铁盐、亚铁盐和纳米磷酸盐的质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86。所述纳米磁性吸附剂的制备方法，包括如下步骤：S1、称取铁盐、亚铁盐与磷酸盐，并分别溶于去离子水中；S2、将铁盐溶液与亚铁盐溶液混合，并搅拌升温，用碱溶液调节pH值后，加入磷酸盐溶液，继续搅拌后，冷却、磁分离；S3、将磁分离得到的黑色物质用乙醇洗涤3~5次后，用去离子水洗至中性，冷冻干燥48~72h，研磨备用。本发明专利技术中的纳米磁性吸附剂具有较多的活性位点和良好的生物相容性，因此能够快速去除水环境中的重金属，且对重金属的吸附能力强，且制备方法简单，适于进行工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米磁性吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及重金属污染水处理领域，具体涉及一种纳米磁性吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是一对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，正逐渐成为一种全球性的问题，制约人类社会的发展，威胁人类生命健康。由于废水中的重金属一般不能被分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态。处理后的水中重金属低于排放标准时再排放或回收利用，对于回收的重金属浓缩产物尽量回收利用或加以无害化处理。吸附法处理含重金属的废水是一种常见的处理方法。其中，磷酸盐作为一种环境友好型材料，在水体、土壤、固体废物重金属污染方面应用广泛。天然存在的磷矿石由于其独特的化学组成和晶体结构，可作为阳离子交换材料，其晶格中的Ca离子与重金属离子发生交换反应，达到吸附Pb、Cd等离子的目的。目前，应用到重金属污染修复的化学吸附剂有硫化物、铁锰氧化物、碳酸盐及硅酸盐黏土矿物等。随着纳米技术的研究与推广，人们也致力于将碳纳米材料、纳米氧化物、纳米零价铁应用于重金属废水的处理中。因此，如何设计一种既能快速处理废水中的重金属且处理效果好，又能快速分离的吸附剂，是本领域技术人员研究的方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于解决现有技术中，提供一种纳米磁性吸附剂及其制备方法，该纳米磁性吸附剂既具有磁性又具有吸附基团，能够快速去除水环境中的重金属，且对重金属的吸附能力强，在外加磁场作用下，可快速实现固液分离，并可通过解吸剂解吸，实现纳米磁性吸附剂的重复使用。本专利技术提供的制备方法简单，制备步骤少，制造成本低，适于进行工业化生产。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种纳米磁性吸附剂，包括铁盐、亚铁盐和纳米磷酸盐，所述铁盐、亚铁盐和磷酸盐的质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86。进一步，所述铁盐为硫酸铁、三氯化铁、硝酸铁中的一种或多种。所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的一种或多种。所述纳米磷酸盐为磷灰石、羟基磷灰石、磷酸钙、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的两种或多种。本专利技术还提供一种纳米磁性吸附剂的制备方法，包括如下步骤：S1、按照质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86称取铁盐、亚铁盐与磷酸盐，并分别溶于去离子水中，配制成0.1mol/L的溶液，其中，铁盐溶液、亚铁盐溶液用磁力搅拌器搅拌均匀，磷酸盐溶液通过超声震荡分散均匀；S2、将S1中得到的铁盐溶液与亚铁盐溶液混合，并连续搅拌5~10min后升温至60~80℃，用碱溶液调节pH值至8~10，此时生成黑色物质即为四氧化三铁；在四氧化三铁生成3~5min后，加入S1中制得的磷酸盐溶液，继续搅拌30~60min后，冷却、磁分离，整个反应过程在N2的保护下进行；S3、将S2中磁分离得到的黑色物质用乙醇洗涤3~5次后，用去离子水洗至中性，冷冻干燥48~72h，研磨备用。进一步，在所述步骤S2开始之前先通氮气20~30min，以排出空气。所述步骤S2中的碱溶液为氨水或氢氧化钠。所述步骤S2中的碱溶液为质量分数为25%氨水溶液。本专利技术还提供一种将纳米磁性吸附剂用于去除水中重金属的应用。进一步，所述重金属为铅、镉、砷、铬中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术中的纳米磁性吸附剂通过亚铁盐和铁盐制备四氧化三铁，并以四氧化三铁为磁性载体，在四氧化三铁外交联磷酸盐提供的吸附基团，而形成的既具有磁性又具有吸附基团的吸附剂。磷酸盐能够与重金属离子Pb、Cd在酸性或中性条件下结合形成难溶的磷铅矿和磷镉矿，从而去除废水中的重金属离子。纳米Fe3O4的比表面积可达200m2/g，粒径小，形貌规整，饱和磁化强度高，具有较多的活性位点和良好的生物相容性，因此能够快速去除水环境中的重金属，且对重金属的吸附能力强，磷酸二氢钙-四氧化三铁纳米磁性吸附剂对Cd的一次吸附量平均为109.72mg/g，解吸后重复利用，对重金属的吸附达到62.08mg/g。纳米羟基磷灰石-四氧化三铁纳米磁性吸附剂对Cd的一次吸附量平均为68.05mg/g，解吸后重复利用，对重金属的吸附仍然63.07mg/g。在外加磁场作用下，可快速实现固液分离，经过简单的解吸处理，可解吸出大部分重金属，即可实现重金属的回收，又可重复使用该材料，降低工业使用的成本。2、本专利技术的制备方法简单，制备步骤少，制备温度低，因此制备能耗低，制造成本低，适于进行工业化生产，且材料廉价易得，均为环境友好型材料，对环境几乎不产生二次污染，绿色环保。附图说明图1为制得纳米磁性吸附剂的透射电镜图，其中，a为实施例1中制得纳米磁性吸附剂的透射电镜图；b为实施例2中制得纳米磁性吸附剂的透射电镜图。图2为实施例1和实施例2所制的纳米磁性吸附剂在Cd废水中的吸附效果图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：1、纳米磁性吸附剂的制备S1、将1.02g四水合氯化亚铁、2.77g六水合三氯化铁与2.380g磷酸二氢钙（Ca(H2PO4)2）分别溶于去离子水中配置成0.1mol/L的溶液，其中，四水合氯化亚铁溶液、六水合三氯化铁溶液用磁力搅拌器搅拌均匀，磷酸二氢钙溶液通过超声震荡分散均匀；使得Fe2+与Fe3+的摩尔比为1：2；S2、将S1中得到的四水合氯化亚铁溶液逐滴加入到六水合三氯化铁溶液中，并连续搅拌10min并升温至75℃，缓慢滴加5~10ml质量分数为25%氨水调节pH值至8~10，此时生成黑色物质即为四氧化三铁；在四氧化三铁生成后3~5min后，逐滴滴加S1中制得的磷酸二氢钙溶液，继续搅拌30~60min后，冷却、磁分离，整个反应过程在N2的保护下进行；S3、将S2中磁分离得到的黑色物质，即为磷酸二氢钙-四氧化三铁纳米磁性吸附剂，用乙醇洗涤3~5次后，用去离子水洗至中性，冷冻干燥约72h至样品呈蜂窝状，研磨备用。取制得的样品在透射电镜下分析，得到透射电镜图如图1中a所示。从图中可以看出在Fe3O4中加入Ca(H2PO4)2之后，Ca(H2PO4)2呈层状分布在Fe3O4颗粒之间，长度在60nm左右。2、将制得的纳米磁性吸附剂用于去除水中重金属将实施例1中制得的磷酸二氢钙-四氧化三铁（Ca(H2PO4)2-Fe3O4）纳米磁性吸附剂用于吸附溶液中Cd离子，采用原子吸收分光光度法测量制得的纳米磁性吸附剂对Cd离子的吸附能力。采用如下步骤：S11、用氯化镉配置1000mg/L镉溶液，分别稀释到0、10、20、40、60、80、100、200、400、600mg/L，分别取上述浓度溶液50ml分别置于三角瓶中；S12、分别将0.1g制得的磷酸二氢钙-四氧化三铁纳米磁性吸附剂均匀分散在S11中的各浓度的氯化镉溶液中，于25℃恒温摇床200rpm震荡24h，磁分离1min后，用原子吸收分光光度计测平衡液中Cd的浓度，以此来分析该材料对重金属的吸附能力。具体结果如图2所示。从图中可以看出在Cd离子浓度大于250mg/L时，Ca(H2PO4)2-Fe3O4的吸附量较大。3、纳米磁性吸附剂的解吸和二次吸附：取上述配置好的1000mg/L的镉溶液稀释到250mg/L，取50ml两份分别置于三角瓶中，在两个三角瓶中分别加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米磁性吸附剂，其特征在于，包括铁盐、亚铁盐和纳米磷酸盐，所述铁盐、亚铁盐和磷酸盐的质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86。

【技术特征摘要】
1.一种纳米磁性吸附剂，其特征在于，包括铁盐、亚铁盐和纳米磷酸盐，所述铁盐、亚铁盐和磷酸盐的质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86。2.根据权利要求1所述的纳米磁性吸附剂，其特征在于，所述铁盐为硫酸铁、三氯化铁、硝酸铁中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的纳米磁性吸附剂，其特征在于，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的纳米磁性吸附剂，其特征在于，所述纳米磷酸盐为磷灰石、羟基磷灰石、磷酸钙、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的两种或多种。5.一种纳米磁性吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按照质量比为1∶0.37~0.40∶0.43~0.86称取铁盐、亚铁盐与磷酸盐，并分别溶于去离子水中，配制成0.1mol/L的溶液，其中，铁盐溶液、亚铁盐溶液用磁力搅拌器搅拌均匀，磷酸盐溶液通过超声震荡分散均匀；S2、将S1中得到的铁盐溶液与亚铁盐溶液混合，并连续搅拌5~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志敏，陈玉成，李玉娇，黄磊，王强，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50