一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法，通过SiO2微球制备得到三维微球模板，然后将三维微球模板置于Fe3O4前驱体溶液中充分浸渍，然后干燥、烧结、浸泡，从而得到孔径大小、比表面积可控的纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料，本发明专利技术通过前驱体溶液充分浸透微球模板，在生成四氧化三铁的同时通过加热、溶剂浸泡去除模板，从而得到纯净的四氧化三铁物相、以及多孔的微观结构，进而得到高比表面积多孔吸附材料，该吸附材料吸附能力强，该方法能控制介孔大小为2‑50nm、大孔>50nm、比表面积范围为100～1600m

Preparation of a nanometer iron oxide porous heavy metal adsorption material

The invention relates to a preparation method of a nano porous magnetite heavy metal adsorption material, SiO2 microspheres prepared by three-dimensional microsphere template, and then the three-dimensional microsphere template in Fe3O4 precursor solution impregnated, and then drying, sintering, immersion, so as to get the size of the hole, Fe3O4 porous heavy metal adsorption material controllable surface area the present invention, the precursor solution is fully saturated with template, the template is removed by heating and solvent immersion in the generation of Fe3O4 at the same time, in order to get the pure phase, and Fe3O4 material porous microstructure and high specific surface area porous adsorbent, adsorption capacity of the adsorbent, the method can control the pore size of 2 50nm, macroporous > 50nm, specific surface area ranging from 100 to 1600m

【技术实现步骤摘要】
一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法
本专利技术涉及一种重金属污水处理
，尤其是一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法。
技术介绍
随着经济发展，大量的工业废水随意排放，导致河流、土壤受到严重的重金属离子污染，对人们的身体健康造成危害极大，与其他污染不同，重金属污染具有以下特点：1、长期性；2、富集性，在食物链从下至上逐步积累，3、不可逆性，4、潜伏性，在环境中很难降解，生物体内的重金属很难去除，会对机体造成持久性的伤害，5、微量既可产生显著毒性效应。由于重金属污染对环境介质污染具有隐蔽性、长期性、累积性的特点，治理难道非常大，是当今社会环保领域的重要难题，尽管针对重金属污染已经研发了如化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、蒸发浓缩法，吸附法、反渗透等方法，但是治理效果并不理想，其中，吸附法是利用多孔性固体吸附废水(气)中某些污染物，通过回收或除去这些污染物质，以达到净化的目的，而其中最为关键的是吸附剂；多孔材料就是一种包含着大量孔隙的材料，是一种由互相封闭或连通的空隙所构成的网状结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。多孔材料必须满足两个条件：(1)存在大量的孔隙；(2)其孔隙必须满足所希望其拥有的性能而存在；多孔材料按照孔隙开放程度分为三类：如果孔隙之间是相通的则为开孔，如果孔隙与周围孔隙之间完全被实心固体分离则为闭孔，当然还有些材料的孔隙是半开半闭的，按照孔径大小可以分为微孔材料、介孔材料和大孔材料，而按化学成分，还可以分为无机金属、非金属、生物有机、非生物有机等类别，目前常见的吸附剂有以下几种：1、多孔碳，多孔碳是指以碳为骨架，具有发达的孔洞结构的材料，广泛应用于废水和空气治理领域，其包含活性炭、活性碳纤维、掺杂型和新型聚合物基碳以及介孔碳等，以活性炭最具有代表性，其是一种非极性的多孔材料，能够吸附非极性或极性较弱的有机物，活性碳纤维由于巨大的比表面积的微孔，因此吸附性能优于活性炭，能够吸收有机气体，氮氧化物、胺类化合物、吸附催化臭氧和富集微生物，但是，多孔碳的合成比较困难，不适合于大规模生产，目前活性炭的使用量很大，但是活性炭存在使用寿命短、质量差、产量少、再生困难和损失率高等缺点；2、硅胶，硅胶是具有很大比表面积的多孔性固体二氧化硅材料，是硅酸脱水后的产物，它主要用于干燥，能够与特定的功能基螯合制备重金属离子吸附剂，用硅胶作为吸附剂的固相载体主要是因为它化学性质稳定，不溶于水和许多溶剂，无毒无味；比表面积和孔洞结构比较容易控制，可满足对不同物质的吸附，机械强度好，物质性质不易改变，表面具有硅羟基，容易与功能基键合，制备不同需要的吸附剂，但是，硅胶一旦吸附水或其他有机物质后，它的吸附能力会下降，循环使用性较差，并且在硅胶再生烘干时，如果温度过高引起结构变化从而影响其吸附性能。3、活性氧化铝，它是一种比表面积大、高度分散和多孔的固体材料，主要通过浸渍活性组分，高温煅烧制得，机械强度大，无毒无味、有较好的不溶性，能够吸附水分和特定气体(例如H2S)、Cr6+、P和As，特别是对于F有着很强的吸附性，但是，其受到pH的影响较大，而且不同水质条件下吸附量会有所区别，F解吸所需要的成本太高，不利于循环再生。4、分子筛，分子筛是一种具有大量均匀微孔，其孔径大小与分子直径相当的硅铝酸盐化合物，所以它可以把小于孔径的分子吸附，而把大于的挡在外面，它是由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构，在晶格中存在着金属阳离子来达到平衡电荷的目的，分子筛由于价廉、可再生、应用广等特点而被应用于废水和废弃的净化，主要有3A、4A、5A、10X、13X、13XAPG、富氧分子筛等种类，以满足干燥、脱硫脱碳等不同的用途，但是，其循环稳定性和持久性较差，而且当净化空气时，水的存在会影响吸附污染物，导致吸附量下降。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种吸附性强的纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：S1)、取适量制备好的SiO2微球溶液倒入表面皿中，在60℃的烘箱中干燥12h得到三维微球模板，待完全干燥成块状后，取出备用；S2)、取0.1molFeCl2·4H20、0.1molC6H8O7·H2O、2g抗坏血酸加入到50mL乙醇中充分溶解后放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，在60℃下搅拌6h，然后加入0.1molDMF继续搅拌30min，冷却得到铁离子溶液备用；S3)、取0.06gNa2CO3放入装有4.5mL甲醛的容器中，然后在集热式恒温搅拌器中不停地搅拌，直至完全溶解，再加入3.4g间苯二酚，至全部溶解得到RF前驱体溶液；S4)、将步骤S2)中制备的铁离子溶液加入到步骤S3)中的RF前驱体溶液中，混合得到Fe3O4前驱体溶液备用；S5)、取适量步骤S1)中制备的三维微球模板置于Fe3O4前驱体溶液中充分浸渍，然后用布氏漏斗抽滤干净；S6)、将上述充分浸渍的样品放入温度为80℃的烘箱中干燥；S7)、然后将步骤S6)中干燥的样品放入管式炉进行烧结，首先通入30minN2，然后控制温度从室温升到900℃，保温2h，其中，升温速度为3℃/min，随炉冷却，S8)样品烧结完成后，将冷却后的样品在0.5～10mol/L的NaOH溶液或1～20wt％的氢氟酸(HF)溶液中浸泡12～48h，从而得到孔径大小、比表面积可控的纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料，其中，该多孔重金属吸附材料的比表面积范围100～1600m2/g、介孔大小为2-50nm、大孔>50nm。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，所述的SiO2微球的制备包括以下步骤：S101)、将0.01mol柠檬酸溶于少量氨水中，搅拌至柠檬酸完全溶解，加入0.01mol正硅酸乙酯，搅拌均匀，配制成溶液A；S102)、取一定量的聚乙二醇，溶于50mL体积比为1:1的去离子水与无水乙醇的混合溶液，搅拌至完全溶解，配制成溶液B；S103)、将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀，用氨水调节pH至7-8配制前驱物；S104)、将前驱物溶液在80℃水浴蒸发至湿凝胶，湿凝胶转移至烘箱中继续加热至130-140℃干燥发泡至干凝胶；S105)、将上述干凝胶在500℃条件下煅烧得到粒径为10nm的SiO2微球。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，所述的SiO2微球也可以为PS微球或PMMA微球中的任意一种。进一步的，所述的PS微球的制备包括以下步骤：G101)、将1.818g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，95ml无水乙醇和5ml去离子水加入反应釜中，在转速为130r/min的条件下搅拌使其形成均相物系，并通氮气鼓起泡排空气20min；G102)、使物系迅速升温到70℃，当温度稳定后，加入20ml预处理后的苯乙烯、以及0.182g引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)振荡溶解，保持搅拌转速不变，在氮气保护中反应24h后自然冷却，得白色乳液；G103)将上述白色乳液以5000r/min的转速进行离心沉降，去除上层清液，加入无水乙醇经超声分散清洗下层微球，再离心沉降，再洗涤，反复操作5次，最后将洗涤后的微球在常温下真空干燥24h，得到白色粉末状PS微球。上述技术方案中，步骤G102)中所述的苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、取适量制备好的SiO2微球溶液倒入表面皿中，在60℃的烘箱中干燥12h得到三维微球模板，待完全干燥成块状后，取出备用；S2)、取0.1mol FeCl2·4H20、0.1mol C6H8O7·H2O、2g抗坏血酸加入到50mL乙醇中充分溶解后放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，在60℃下搅拌6h，然后加入0.1mol二甲基甲酰胺(DMF)继续搅拌30min，冷却得到铁离子溶液备用；S3)、取0.06gNa2CO3放入装有4.5mL甲醛的容器中，然后在集热式恒温搅拌器中不停地搅拌，直至完全溶解，再加入3.4g间苯二酚，至全部溶解得到RF前驱体溶液；S4)、将步骤S2)中制备的铁离子溶液加入到步骤S3)中的RF前驱体溶液中，混合得到Fe3O4前驱体溶液备用；S5)、取适量步骤S1)中制备的三维微球模板置于Fe3O4前驱体溶液中充分浸渍，然后用布氏漏斗抽滤干净；S6)、将上述充分浸渍的样品放入温度为80℃的烘箱中干燥；S7)、然后将步骤S6)中干燥的样品放入管式炉进行烧结，首先通入30min N2，然后控制温度从室温升到900℃，保温2h，其中，升温速度为3℃/min，随炉冷却；S8)样品烧结完成后，将冷却后的样品在0.5～10mol/L的NaOH溶液或1～20wt％的氢氟酸(HF)溶液中浸泡12～48h，从而得到孔径大小、比表面积可控的纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料，其中，该多孔重金属吸附材料的比表面积范围100～1600m...

【技术特征摘要】
1.一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、取适量制备好的SiO2微球溶液倒入表面皿中，在60℃的烘箱中干燥12h得到三维微球模板，待完全干燥成块状后，取出备用；S2)、取0.1molFeCl2·4H20、0.1molC6H8O7·H2O、2g抗坏血酸加入到50mL乙醇中充分溶解后放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，在60℃下搅拌6h，然后加入0.1mol二甲基甲酰胺(DMF)继续搅拌30min，冷却得到铁离子溶液备用；S3)、取0.06gNa2CO3放入装有4.5mL甲醛的容器中，然后在集热式恒温搅拌器中不停地搅拌，直至完全溶解，再加入3.4g间苯二酚，至全部溶解得到RF前驱体溶液；S4)、将步骤S2)中制备的铁离子溶液加入到步骤S3)中的RF前驱体溶液中，混合得到Fe3O4前驱体溶液备用；S5)、取适量步骤S1)中制备的三维微球模板置于Fe3O4前驱体溶液中充分浸渍，然后用布氏漏斗抽滤干净；S6)、将上述充分浸渍的样品放入温度为80℃的烘箱中干燥；S7)、然后将步骤S6)中干燥的样品放入管式炉进行烧结，首先通入30minN2，然后控制温度从室温升到900℃，保温2h，其中，升温速度为3℃/min，随炉冷却；S8)样品烧结完成后，将冷却后的样品在0.5～10mol/L的NaOH溶液或1～20wt％的氢氟酸(HF)溶液中浸泡12～48h，从而得到孔径大小、比表面积可控的纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料，其中，该多孔重金属吸附材料的比表面积范围100～1600m2/g、介孔大小为2-50nm、大孔>50nm。2.根据权利要求1所述的一种纳米四氧化三铁多孔重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的SiO2微球的制备包括以下步骤：S101)、将0.01mol柠檬酸溶于少量氨水中，搅拌至柠檬酸完全溶解，加入0.01mol正硅酸乙酯，搅拌均匀，配制成溶液A；S102)、取一定量的聚乙二醇，溶于50mL体积比为1:1的去离子水与无水乙醇的混合溶液，搅拌至完全溶解，配制成溶液B；S103)、将溶液A和溶液B混合，搅拌均匀，用氨水调节pH至7-8...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚迪，龚亮，唐谊平，雷鸣，
申请(专利权)人：湖南明裕环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43