介孔磁性纳米氧化铁材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种介孔磁性纳米氧化铁材料、制备方法及其应用，将沉淀剂和Fe2(SO4)3溶于水中，配成混合溶液，搅拌均匀后密封置于干燥箱中水热，得到纳米氧化铁前驱体沉淀；然后把前驱体沉淀于室温下依次经历蒸馏水洗涤、乙醇洗涤、离心分离，再进行干燥、焙烧制得所述吸附剂。本发明专利技术具有工艺简单易行、制备条件温和、原料廉价易得等优点。所制得的磁性纳米氧化铁吸附剂对Cr(VI)具有良好的吸附能力。

Mesoporous magnetic nanometer iron oxide material, preparation method and application thereof

The invention discloses a mesoporous magnetic nano iron oxide material, a preparation method and its application. The precipitant and Fe2 (SO4) 3 are dissolved in water and mixed into a mixed solution. After mixing, the precursor is sealed in a dry box, and the precursor is precipitated by the nanometer iron oxide. Then the precursor is precipitated at room temperature and successively experience distilled water washing. The adsorbent was prepared by ethanol washing, centrifugal separation, drying and calcination. The invention has the advantages of simple and easy process, mild preparation conditions, and cheap and easy raw materials. The magnetic nano-sized iron oxide adsorbent has good adsorption capacity for Cr (VI).

【技术实现步骤摘要】
介孔磁性纳米氧化铁材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及一种氧化铁材料、制备方法及其应用，特别是涉及一种纳米氧化铁材料、制备方法及其应用，尤其涉及一种采用吸附法进行铬污染处理用的氧化铁Cr(VI)吸附剂的制备方法和应用，应用于废水处理

技术介绍
重金属铬污染主要来源于采矿、电镀、皮革鞣制等工业废水和垃圾渗滤液等。铬在水环境中存在的价态主要是Cr(III)和Cr(VI)，不同铬化合物的毒性不同，以Cr(VI)的毒性最大，其毒性是Cr(III)的100倍，含Cr(VI)的工业废水易引起地表水和地下水的重金属铬污染，对生态环境造成严重危害。国家环保部的资料显示，全国每年因重金属污染而减产的粮食多达一千多万吨，而受铬等重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。铬可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径侵入人体，主要蓄积在肝肾和内分泌腺中，引起慢性中毒，导致局部器官损坏并进一步恶化，有强烈的致畸、致癌作用。此外，海洋水生生物对铬有较强的富集能力，铬浓度为5mg/L时会使鱼类中毒，而浓度达20mg/L时可使鱼类死亡。鉴于Cr(VI)污染的严重危害，对其治理就显得非常必要。传统的铬污染处理技术主要包括化学沉淀、反渗透、离子交换、活性炭吸附和共沉淀等，但这些方法的处理成本普遍较高，尤其是在污染物浓度较低时表现得尤为突出。和传统的废水处理方法相比，吸附法具有简便、容易操作、选择性高和通用性强等优点，尤其是它能够有效净化低浓度的重金属离子废水。最近，专利CN101875003A公开了一种具有Cr离子空穴的吸附树脂的制备方法。该方法向乙醇水溶液中加入壳聚糖、甲基丙烯酸单封端的聚乙二醇大单体、丙烯酸双封端的聚乙二醇大单体、光引发剂、丙烯酸或甲基丙烯酸以及Cr(III)，经紫外光照射，得固体产物，再经盐酸浸泡、氨水调节其pH为7，烘干，得到具有Cr离子空穴的吸附树脂。但该方法存在着加入了大量的有机溶剂、原料利用率低、过程较为繁琐、反应条件实现困难等严重缺陷。综上，开发制备工艺简单、条件温和、对剧毒污染物Cr(VI)具有优异吸附性能的低成本吸附剂具有重要的科学意义和良好的应用前景，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种介孔磁性纳米氧化铁材料、制备方法及其应用，制备工艺简单，工艺条件温和，所制备的介孔磁性纳米氧化铁材料对剧毒污染物Cr(VI)具有优异吸附性能，且具备一定磁性，以达到吸附剂将重金属Cr(VI)与溶液彻底分离的目的，是一种有使用前景和低成本吸附剂制备和应用方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种磁性纳米氧化铁的制备方法，包括如下步骤：a.纳米氧化铁前驱体制备：将沉淀剂和无机铁盐混合溶于水中，配成混合溶液，搅拌均匀后在干燥箱中进行水热反应，得到纳米氧化铁前驱体沉淀；b.介孔磁性纳米Fe2O3粉末制备：采用沉淀洗涤方法，将在所述步骤a中制备的前驱体沉淀于室温下经过离心分离、蒸馏水洗涤、乙醇洗涤，然后对前驱体进行干燥处理，再将前驱体进行焙烧热处理，从而得到介孔磁性纳米Fe2O3粉末。在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，所用沉淀剂优选采用CS(NH2)2、CO(NH2)2和NaF中的任意一种或任意几种的混合材料；所用无机铁盐优选采用硫酸铁Fe2(SO4)3。在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，优选配制混合液的方法是：分别称取沉淀剂以及无机铁盐，在不少于80ml水中溶解，磁力搅拌至少30min，形成混合溶液。作为本专利技术优选的技术方案，在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，将沉淀剂与无机铁盐的混合水溶液转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，并将反应釜密封并置于干燥箱中，在不低于200℃下进行水热反应至少30h，然后冷却至室温，滤出产物沉淀，并进行多次反复清洗，直至产物沉淀的清洗液呈中性，然后将产物沉淀进行干燥，得到Fe2O3的前驱物粉末。作为本专利技术优选的技术方案，在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，在室温下，将产物的溶液从干燥箱中取出，用砂芯漏斗过滤出水热反应生成的产物沉淀，用蒸馏水洗涤至产物沉淀的清洗液呈中性。作为本专利技术优选的技术方案，在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，将经过洗涤后的产物沉淀在不低于60℃的恒温下干燥至少5h，得到Fe2O3的前驱物粉末。作为本专利技术优选的技术方案，在上述纳米氧化铁前驱体制备过程中，在沉淀剂和无机铁盐进行混合时，加入无机铁盐的摩尔量不低于沉淀剂摩尔量的四分之一。作为本专利技术优选的技术方案，在上述介孔磁性纳米Fe2O3粉末制备过程中，在将前驱体进行焙烧热处理时，将前驱物置于马弗炉中，控制升温速率不低于4℃/min，在不低于450℃下进行焙烧至少4h，即得到介孔磁性纳米Fe2O3粉末。作为本专利技术优选的技术方案，在上述介孔磁性纳米Fe2O3粉末制备过程中，沉淀洗涤方法为依次经历蒸馏水洗涤、离心分离，共洗涤两次；再经历无水乙醇洗涤、离心分离，再洗涤二次。一种利用本专利技术磁性纳米氧化铁的制备方法制备的介孔磁性纳米Fe2O3材料，介孔磁性纳米Fe2O3材料呈黑褐色沙状粉末状态。作为本专利技术优选的技术方案，介孔磁性纳米Fe2O3材料中含有Fe3O4，Fe3O4在介孔磁性纳米Fe2O3材料中的质量百分比含量不高于30wt.％，在室温下，介孔磁性纳米Fe2O3材料的比饱和磁化强度(Ms)不低于16.28emu/g，矫顽力(Hc)不低于152.81Oe。其中Fe3O4的在介孔磁性纳米Fe2O3材料中能增加介孔内的活性位点从而强化其吸附能力，且便于后续吸附剂从水体中分离再生，达到循环使用的目的，当Fe3O4组分超过上限组分时，吸附剂的抗烧结能力变差，容易造成焙烧过程中介孔结构的坍塌或堵塞。一种利用本专利技术磁性纳米氧化铁的制备方法制备的介孔磁性纳米Fe2O3材料的应用，将介孔磁性纳米Fe2O3材料作为氧化铁Cr(VI)吸附剂，采用吸附法，吸附重金属离子污染水体中的剧毒污染物Cr(VI)；并且能通过控制外加磁场，使吸附剂将重金属Cr(VI)与溶液进行分离，对Cr污染废水进行净化处理。作为本专利技术优选的技术方案，将介孔磁性纳米Fe2O3材料作为氧化铁Cr(VI)吸附剂，采用吸附法处理Cr污染废水，当磁性纳米Fe2O3吸附剂对Cr(VI)的吸附达到平衡后，采用磁性转子机械搅拌待吸附Cr(VI)溶液，使磁性纳米Fe2O3吸附剂被吸于磁性转子上，然后将磁性转子从待吸附Cr(VI)溶液中取出，从而重金属Cr(VI)与吸附处理后的溶液进行分离，对Cr污染废水进行净化处理。作为本专利技术优选的技术方案，将磁性纳米氧化铁Cr(VI)吸附剂应用于吸附剧毒污染物Cr(VI)时，调节待吸附Cr(VI)溶液的pH为2～3，根据吸附剂的最大吸附量不高于20.2mg/g的标准，称取向待吸附Cr(VI)溶液加入磁性纳米氧化铁Cr(VI)吸附剂的加入量。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术方法实现了磁性纳米氧化铁吸附剂的可控制备；2.本专利技术方法在降低温度下干燥产物，既减小了能耗，又有利于保持吸附剂稳定、均匀的孔结构；3.本专利技术方法制备的磁性纳米氧化铁吸附剂具有磁性能，将磁性纳米Fe2O3吸附剂放入在磁性转子机械搅拌下的待吸附Cr(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.纳米氧化铁前驱体制备：将沉淀剂和无机铁盐混合溶于水中，配成混合溶液，搅拌均匀后在干燥箱中进行水热反应，得到纳米氧化铁前驱体沉淀；b.介孔磁性纳米Fe2O3粉末制备：采用沉淀洗涤方法，将在所述步骤a中制备的前驱体沉淀于室温下经过离心分离、蒸馏水洗涤、乙醇洗涤，然后对前驱体进行干燥处理，再将前驱体进行焙烧热处理，从而得到介孔磁性纳米Fe2O3粉末。

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.纳米氧化铁前驱体制备：将沉淀剂和无机铁盐混合溶于水中，配成混合溶液，搅拌均匀后在干燥箱中进行水热反应，得到纳米氧化铁前驱体沉淀；b.介孔磁性纳米Fe2O3粉末制备：采用沉淀洗涤方法，将在所述步骤a中制备的前驱体沉淀于室温下经过离心分离、蒸馏水洗涤、乙醇洗涤，然后对前驱体进行干燥处理，再将前驱体进行焙烧热处理，从而得到介孔磁性纳米Fe2O3粉末。2.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，所用沉淀剂采用CS(NH2)2、CO(NH2)2和NaF中的任意一种或任意几种的混合材料；所用无机铁盐采用硫酸铁Fe2(SO4)3。3.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，将沉淀剂与无机铁盐的混合水溶液转入聚四氟乙烯衬底的不锈钢反应釜中，并将反应釜密封并置于干燥箱中，在不低于200℃下进行水热反应至少30h，然后冷却至室温，滤出产物沉淀，并进行多次反复清洗，直至产物沉淀的清洗液呈中性，然后将产物沉淀进行干燥，得到Fe2O3的前驱物粉末。4.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，在室温下，将产物的溶液从干燥箱中取出，用砂芯漏斗过滤出水热反应生成的产物沉淀，用蒸馏水洗涤至产物沉淀的清洗液呈中性。5.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，将经过洗涤后的产物沉淀在不低于60℃的恒温下干燥至少5h，得到Fe2O3的前驱物粉末。6.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，在沉淀剂和无机铁盐进行混合时，加入无机铁盐的摩尔量不低于沉淀剂摩尔量的四分之一。7.根据权利要求1所述磁性纳米氧化铁的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，将前驱体进行焙烧热处理时，将前驱物置于马弗炉中，控制升温速率不低于4℃/min，在不低于450℃下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永乐，顾学昊，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31