本发明专利技术公开了一种铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料及其制备方法和应用，属于磁性纳米粒子及水处理研究领域。本发明专利技术以铁源、铜源和碱源为原料，采用离子热法，在离子型低共熔溶剂中，进行反应制得所述的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料(Cu-Fe3O4)。制备的Cu-Fe3O4可用作多相类芬顿催化剂，对废水中的有机物(如染料等)表现出优异的降解能力，且易于磁性分离回收、重复使用性能稳定(如重复使用8次后对常用工业染料罗丹明B溶液的室温降解脱色率仍达85％，k1＝0.0132min-1)，为一种成本低、操作快速方便、效果明显、应用前景广阔的新型磁性环保材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁性纳米材料的合成及水处理应用领域，具体涉及一种铜掺杂Fe3O4。
技术介绍
化学氧化法，特别是以Fenton试剂为代表的高级氧化技术，是治理难生物降解的有机污染物的重要方法。但传统均相Fenton反应体系在实际应用中存在很多问题，如pH值应用范围较窄(?3)，H2O2利用率不高，容易形成铁泥二次污染等。以Fe3O4磁性纳米颗粒为代表的多相Fenton体系有望弥补传统均相Fenton反应的不足，特别是减小水溶液中铁离子的浸出量，消除对环境的二次污染，并实现对催化剂的循环再利用。研究表明普通Fe3O4磁性纳米颗粒活化H2O2的能力非常有限，为了使有机污染物发生一定程度的降解，体系中往往需要加入大量过剩H2O2 (如通常比污染物浓度0.02-3mM高出2-4个数量级)，且反应时间较长(3-6h)，因此有必要进一步提高Fe3O4磁性纳米颗粒的催化性能(Chemosphere 2008，73，1524-1528 !Journal of Hazardous Materials2009，167，560-566 !Applied Catalysis B:Environmental 2009，89，432-440 !Journal ofMolecular Catalysis A:Chemical 2011，349，71-79 !Journal of Molecular CatalysisA:Chemical 2013,371, 94-103)0通过掺杂有望提高Fe3O4的催化性能。在Fe 304中掺杂Cr、V、Mn、Co、B1、Ti等金属元素的催化性能已有文献报道(Journal of Hazardous Materials 2006, 129, 171-178 ；Applied Catalysis B: Environmental 2008，84，468-473 !Applied CatalysisB:Environmental 2010, 97, 151-159)，但对铜掺杂Fe3O4磁性复合材料的催化性能报道很少。仅有少量关于铜掺杂Fe3O4磁性复合材料对吸附砷的报道，如专利CN104437344A采用溶剂热法合成了铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料，对水体中的五价砷和三价砷表现出优异的吸附及再生吸附性能。但采用溶剂热法合成铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料时通常选用具有还原性的乙二醇作为溶剂，使Cu2+很难掺杂进入Fe 304晶格，而更容易被还原成铜单质后沉积在Fe3O4颗粒表面。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料，其制备方法简单、成本低，有利于铜掺杂进入Fe3O4晶格；制备的Fe 304磁性复合纳米材料室温催化降解有机废水能力强，反应速率快、用量少，且易于磁性分离回收、重复使用性能稳定，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料的制备方法，它包括以下步骤:I)采用尿素和氢键受体配制离子型低共熔溶剂；2)将亚铁盐和占总添加量1/3?2/3的碱源加入步骤I)所述离子型低共熔溶剂中，搅拌均匀，得混合液；3)将铜盐和剩余碱源加入步骤2)所得混合液中，搅拌均匀，得反应液；4)将步骤3)所得反应液置于烘箱中并加热进行反应，然后进行退火冷却并磁性分离收集所得固体颗粒，最后经洗涤、干燥，即得所述的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料。优选的，所述氢键受体和尿素的摩尔比为1:2。上述方案中，所述氢键受体为氯化胆碱或甜菜碱。上述方案中，所述亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁；所述铜盐为硫酸铜或氯化铜。上述方案中，所述亚铁盐与氢键受体的摩尔比为(0.04?0.3):1 ;铜盐与亚铁盐的摩尔比为(2.5?10):100ο上述方案中，所述碱源为Κ0Η、NaOH、NaOAc中的一种或几种。上述方案中，所述碱源的总添加量以其引入的OH为准，OH与亚铁盐的摩尔比为(2.6 ?3.2)上述方案中，所述步骤4)中的反应温度为80?200°C，反应时间为2?12h。上述方案中，所述步骤4)中优选的反应温度为110?170°C，反应时间为4?8h。根据上述方案制备得铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料。根据上述方案制备的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料可应用于催化降解有机废水。根据上述方案，制备的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料可作为多相类芬顿催化剂，对废水中的有机物(如染料等)表现出优异的降解能力，且易于磁性分离回收、重复使用性能稳定，其重复使用8次后对常用工业染料罗丹明B溶液的室温降解脱色率仍达85%，k1 =0.0132min 1O本专利技术的有益效果为:I)本专利技术采用离子热法制备铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料，涉及的原料简单、成本低、制备工艺和反应条件简单，且对反应设备要求低，操作易于控制，有利于批量生产。2)本专利技术制备铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料的离子热法以离子液体(离子型低共熔溶剂)为溶剂，避免了使用还原性有机溶剂。铜盐在还原性有机溶剂中更容易被还原成铜单质后沉积在Fe3O4颗粒表面，而以离子液体为溶剂有利于Cu 2+掺杂进入Fe 304晶格。3)本专利技术提供的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料尤其适用于催化降解废水中的常见工业染料。室温催化降解能力强，反应速率快，且催化剂用量少、稳定性好、易于进行磁性分离回收，可实现多次循环利用。【附图说明】图1为本专利技术实施例1所得产物的XRD图。图2为本专利技术实施例1所得产物的Cu2p XPS图。图3为本专利技术实施例1所得产物的TEM图。图4为本专利技术实施例1所得产物的磁化曲线图。图5为本专利技术实施例1所得铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料催化降解罗丹明B的循环测试图。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂为市售化学试剂或工业产品。实施例1—种铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤:将20mmol氯化胆碱和40mmol尿素在50°C温度下加热搅拌配制成离子型低共熔溶剂；向所得离子型低共熔溶剂中加入3mmol FeSO4.7H20和5.2mmol Κ0Η，搅拌均匀，得混合液，向所得混合液中继续加入3.75mmol KOH和0.15mmol CuCl2.2H20，继续搅拌均匀，得反应液；将所得反应液置于110Γ烘箱中反应4h后，进行退火冷却并磁性分离收集所得固体颗粒，最后经洗涤、干燥，即得最终产物。本实施例所得产物的X射线衍射分析结果见图1，图1中的特征峰与Fe3O4的标准图谱一致(JCPDS N0.65-3107)，表明产物粒子具有反尖晶石相结构；本实施例所得产物的Cu2pXPS谱见图2，图中两个强震激峰分别用S标注，表明铜在产物中以Cu2+形式存在；将本实施例所得产物进行TEM观测(见图3)，结果表明所得产物以球形颗粒为主，平均粒径约1nm0上述结果表明所得产物即为所当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用尿素和氢键受体配制离子型低共熔溶剂；2)将亚铁盐和占总添加量1/3～2/3的碱源加入步骤1)所得离子型低共熔溶剂中，搅拌均匀，得混合液；3)将铜盐和剩余碱源加入步骤2)所得混合液中，搅拌均匀，得反应液；4)将步骤3)所得反应液加热进行反应后退火冷却，磁性分离收集所得固体颗粒，最后经洗涤、干燥，即得所述的铜掺杂Fe3O4磁性复合纳米材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈逢喜，谢圣龙，邱心泓，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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