一种制备Fe3O4/CD‑G‑PACU磁性复合材料的方法以及物化性质表征的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备Fe3O4/CD‑G‑PACU磁性复合材料的方法以及对其物化性质表征的方法，本发明专利技术通过将FeCl3·6H2O和FeCl2·6H2O溶解于蒸馏水中得到混合溶液，所得混合溶液加热到90度左右，此时迅速加入氨水和浓度为5.0g/L的CD‑G‑PACU溶液；接着将得到的混合液在90℃温度和氮气气氛保护下反应1小时，然后停止加热，冷却至室温；将底部生成的黑色沉淀，采用蒸馏水多次过滤，直至滤出液的pH接近中性为止，放置于真空干燥器中80度烘干并研磨，完成制作可得Fe3O4/CD‑G‑PACU磁性复合材料。本发明专利技术所得产品应用于重金属处理，尤其是对工业废水中Cu(II)和Zn(II)的处理实现良好的吸附作用。

A method of preparing Fe3O4/CD G PACU magnetic composite materials and method for characterization of physicochemical properties

The invention discloses a preparation method of Fe3O4/CD G PACU magnetic composite materials and chemical properties of the material, the FeCl3 - 6H2O and FeCl2 - 6H2O dissolved in distilled water to obtain mixed solution, the mixture was heated to about 90 degrees, then quickly added ammonia and concentration 5.0g/L CD G PACU solution; then the reaction mixture will be 1 hours at the temperature of 90 DEG C and nitrogen atmosphere, then stop heating, cooling to room temperature; the bottom of a black precipitate generated by distilled water repeatedly, filtration, the filtrate of pH until close to neutral, placed in 80 degrees drying grinding vacuum dryer and made available to Fe3O4/CD G PACU magnetic composite materials. The products obtained by the invention are applied to the treatment of heavy metals, especially for the treatment of Cu (II) and Zn (II) in industrial wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法以及物化性质表征的方法
本专利技术涉及一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法以及该复合材料物化性质表征的方法。
技术介绍
随着经济的发展，各种工农业生产过程向土壤、地表水和地下水体系中排放了一系列有毒有害的重金属离子、放射性核素和有机污染物，造成严重的环境污染问题。铜(Cu)和锌(Zn)作为常见的二价重金属离子，在冶金、电解、电镀、农药、油漆、化工、印染、机械、陶瓷和电子等行业都得到了非常广泛的应用。在这些工业活动过程中会无可避免地释放到环境中去，通过生物链的食物富集作用最终进入人体体内，造成严重的健康危害。按照环境质量标准，为了生态系统的稳定性和生物体的健康，必须采取有效的方法对工业废水中Cu和Zn的浓度进行严格控制，保证排放的水体中其浓度达到环境要求。迄今为止，一系列的物理化学方法和技术被应用于去除工业废水中的重金属离子Cu，包括絮凝、氧化还原法、沉淀法、吸附、离子交换、膜分离法和生物处理法。吸附法对废水中重金属的去除及稀有贵金属的回收，具有高效、经济、简便、选择性好的优点，特别是处理传统方法不能处理的低浓度重金属废水具有独特的应用价值，因此是一种应用前景很广阔的重金属废水处理技术。国内外研究者系统探讨了钠基累托石、高庙子膨润土、钛酸盐纳米管、钠基凹凸棒、多壁碳纳米管和硅藻土等一系列粘土和纳米材料对重金属离子Cu和Zn的去除性能。但是，上述材料在吸附之后很难从水溶液中分离出来，从而限制了在水体净化修复中的应用前景。磁性材料具有良好的饱和磁强度，可以很容易地借助磁铁达到从水溶液中分离的效果。其中，磁铁矿(Fe3O4)颗粒作为一种高磁性的纳米材料得到了环境保护研究人员的青睐，被广泛应用于去除各种污染水体中的重金属离子。但是值得注意的是，单纯的Fe3O4纳米颗粒容易在空气中被氧化，而且在水溶液中很容易团聚，这两个缺陷阻碍了这一材料的进一步实际应用。为了弥补上述缺陷，人们尝试将环糊精、壳聚糖和聚丙烯酸等天然有机物引入到Fe3O4颗粒表面作为保护剂，从而制备出新型稳定的核壳结构复合材料，同时兼顾内核Fe3O4纳米颗粒的磁分离性能和外壳有机物的多官能团特性，展现出对重金属离子良好的去除性能。相关研究表明，环糊精(CD)具有大量的含氧功能团，吸附能力强；聚苯胺(PANI)具有大量的含氮功能团，吸附能力也很强，采用接枝技术将CD和PANI结合形成CD-G-PANI复合物，实现含氧和含氮功能团的耦合，提高吸附能力及对重金属的净化效果。此外，CD-G-PANI相对于HA单独的CD和PANI来说具有更高的表面位点浓度，表明前者可以提供更多的活性位点用于重金属离子的络合。从理论上来说，Fe3O4/CD-G-PANI会呈现更优良的吸附性能。基于我们的调研，目前尚没有Fe3O4/CD-G-PANI用于环境污染治理方面的研究。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法，所得产品应用于重金属处理，尤其是对工业废水中Cu(II)和Zn(II)的处理实现良好的吸附作用。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，将FeCl3·6H2O和FeCl2·6H2O溶解于蒸馏水中得到混合溶液；第二步，所得混合溶液加热到90度左右，此时迅速加入氨水和浓度为5.0g/L的CD-G-PACU溶液；第三步，接着将得到的混合液在90℃温度和氮气气氛保护下反应1小时，然后停止加热，冷却至室温；第四步，将底部生成的黑色沉淀，采用蒸馏水多次过滤，直至滤出液的pH接近中性为止。第五步，放置于真空干燥器中烘干并研磨，完成制作。对本专利技术做进一步优选，在第一步中，FeCl3·6H2O的用量是FeCl2·6H2O用量的1.4-1.7倍。一种对Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料物化性质表征的方法，其特征在于：包括：形貌表征、物相组成和结晶度、比表面积和孔径分布、零电荷点、X射线光电子能谱、随温度变化的失重行为、Fe含量；所述形貌表征采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对吸附前后磁性材料的形貌进行表征；在此之前需要将待测样品撒到粘贴在样品座上的双面胶上，吹去未粘贴在双面胶纸上的样品，然后将样品座放到样品台上，调整试样标准高度后将样品放入样品室，重新对镜筒抽真空后对待测样品进行表征；SEM和TEM可以在大气条件和液态环境中对各种样品进行形貌探测，可用于对材料的表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理等方面。所述物相组成和结晶度采用Rigaku型X射线粉末衍射仪分析材料的物相组成和结晶度，管压35kV，管流25mA，CuKα辐射(λ＝0.154nm)，衍射角扫描范围5°-70°(2θ)，扫描速度为0.05°(2θ)/min；X射线衍射(X-rayDiffraction,XRD)是通过一种波长很短的可穿透一定物质的电磁波对材料进行X射线衍射，使荧光物质发光，根据衍射角和衍射强度分析判断材料的晶体类型和结构的一种分析晶体材料结构最常用的方法。由于物质都有特点的结构和晶胞结构，因此可以根据衍射角和衍射强度定量和半定性分析晶体种类和相对含量。XRD主要用于分析晶体的物相分析，即确定晶体的相组成及相含量。洁净度分析，即确定晶体材料中结晶部分的相对含量。微晶大小。所述比表面积和孔径分布是通过借助MicromeriticsASAP2010仪器的BET和BJH模式分别测定吸附材料的比表面积和孔径分布，预先在样品材料在150℃的温度和10-6Torr的气压条件下进行脱气处理，然后采集77K条件下材料对氮气的吸附-脱附等温线，接着利用BET法进行计算；BET比表面积测试可用于测颗粒的比表面积、孔容、孔径分布以及氮气吸附脱附曲线。对于研究颗粒的性质有重要作用。材料的零电荷点是采用ZetasizerNanoZS型的zeta电势仪进行测定，：将吸附剂粉末分散于一系列0.01mol/L的NaNO3溶液中使固液比达到2.0g/L，通过加入痕量浓度为0.01mol/L的HNO3或NaOH溶液将悬浮液的pH调节到2-11的范围内，然后测定悬浮液的zeta电势；根据测定的数据描绘pH-zeta电势变化曲线，当zeta电势为零时对应的数值即为吸附材料的零电荷点。Zeta电位的主要用途是研究胶体与电解质的相互作用。并且可以利用Zate电位可以研究晶体表面电位，来判断晶体的表面的离子组成。采用傅里叶转换红外光谱技术表征吸附材料的表面官能团组成；傅里叶红外光谱(Fouriertransforminfraredspectroscopy,FT-IR)分析是分析材料的功能键、物质结构和化学组成的一种重要手段。由于分子中化学键的三种不同的运动状态，包括电子相对原子核的运动、化学键的转动和化学键的震动，并且各种运动的跃迁能量的不同，所以可以利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。由于分子中邻近基团的相互作用，使同一基团在不同分子中的特征波数有一定变化范围。样品主要处理方法为：在红外灯的连续照射下，将干燥的固体材料和溴化钾以大概1:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Fe3O4/CD‑G‑PACU磁性复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，将FeCl3·6H2O和FeCl2·6H2O溶解于蒸馏水中得到混合溶液；第二步，所得混合溶液加热到90度左右，此时迅速加入氨水和浓度为5.0g/L的CD‑G‑PACU溶液；第三步，接着将得到的混合液在90℃温度和氮气气氛保护下反应1小时，然后停止加热，冷却至室温；第四步，将底部生成的黑色沉淀，采用蒸馏水多次过滤，直至滤出液的pH接近中性为止。第五步，放置于真空干燥器中80度烘干并研磨，完成制作。

【技术特征摘要】
1.一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，将FeCl3·6H2O和FeCl2·6H2O溶解于蒸馏水中得到混合溶液；第二步，所得混合溶液加热到90度左右，此时迅速加入氨水和浓度为5.0g/L的CD-G-PACU溶液；第三步，接着将得到的混合液在90℃温度和氮气气氛保护下反应1小时，然后停止加热，冷却至室温；第四步，将底部生成的黑色沉淀，采用蒸馏水多次过滤，直至滤出液的pH接近中性为止。第五步，放置于真空干燥器中80度烘干并研磨，完成制作。2.根据权利要求1所述的一种制备Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料的方法，其特征在于：在第一步中，FeCl3·6H2O的用量是FeCl2·6H2O用量的1.4-1.7倍。3.一种对权利要求1所述Fe3O4/CD-G-PACU磁性复合材料物化性质表征的方法，其特征在于：包括：形貌表征、物相组成和结晶度、比表面积和孔径分布、零电荷点、X射线光电子能谱、随温度变化的失重行为、Fe含量；所述形貌表征采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对吸附前后磁性材料的形貌进行表征；在此之前需要将待测样品撒到粘贴在样品座上的双面胶上，吹去未粘贴在双面胶纸上的样品，然后将样品座放到样品台上，调整试样标准高度后将样品放入样品室，重新对镜筒抽真空后对待测样品进行表征；SEM和TEM可以在大气条件和液态环境中对各种样品进行形貌探测，可用于对材料的表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理等方面；所述物相组成和结晶度采用Rigaku型X射线粉末衍射仪分析材料的物相组成和结晶度，管压35kV，管流25mA，CuKα辐射(λ＝0.154nm)，衍射角扫描范围5°-70°(2θ)，扫描速度为0.05°(2θ)/min；所述比表面积和孔径分布是通过借助MicromeriticsASAP2010仪器的BET和BJH模式分别测定吸附材料的比表面积和孔径分布，预先在样品材料在150℃的温度和10-6Torr的气压条件下进行脱气处理，然后采集77K条件下材料对氮气的吸附-脱附等温线，接着利用BET法进行计算；BET比表面积测试可用于测颗粒的比表面积、孔容、孔径分布以及氮气吸附脱附曲线。对于研究颗粒的性质有重要作用；材料的零电荷点是采用ZetasizerNanoZS型的zeta电势仪进行测定，：将吸附剂粉末分散于一系列0.01mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡保卫，宋远志，吴思颖，胡清远，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33