一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒及制备方法技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，公开了一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒及制备方法。方法为：(1)将铁氧化物前驱体溶于水中，获得铁氧化物前驱体溶液；所述铁氧化物前驱体为水溶性铁盐和/或水溶性亚铁盐；(2)将多孔陶粒在铁氧化物前驱体溶液中充分浸渍，干燥，煅烧，得到负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。本发明专利技术通过浸渍后直接煅烧，不需碱性沉淀剂进行沉淀，铁氧化物更有利于在多孔陶粒的孔道中形成纳米颗粒，分散更加均匀，铁氧化物在多孔陶粒中负载得更加牢固。本发明专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒不板结，水头损失小；不易流失；耐高温，寿命长；使用过程不会污染环境；具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒及制备方法
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种由纳米铁氧化物和多孔陶粒构成的复合纳米多孔材料及制备方法。
技术介绍
铁氧化物材料表面带正电荷，既可以作为吸附剂去除阴离子性污染物，如磷酸根离子、砷酸根离子、氟离子等，又可以作为类芬顿固体催化剂，在环境工程领域具有较大应用价值。纳米铁氧化物材料因粒径在纳米量级，比表面积大，活性强，具有很好的吸附性能。例如，论文(氧化铁矿物对重金属离子的吸附及其表面特征，矿物学报，2000,20(4)：549-352)报道了氧化铁矿物对多种重金属的吸附行为；论文(淀粉改性纳米四氧化三铁的制备及其除磷效能的研究，环境工程学报，2011,05(10)：2167-2172)报道了淀粉改性四氧化三铁纳米粒子在废水除磷领域的应用。另外，纳米铁氧化物材料可以作为类芬顿固体催化剂催化双氧水、过硫酸盐等分解产生强氧化性自由基，氧化降解有机污染物。例如，专利(CN104258860B)公开了一种表面改性四氧化三铁纳米催化剂的合成方法；论文(纳米四氧化三铁对2,4-D的脱氯降解，环境科学，2010，31(6)：1499-1505)报道了纳米Fe3O4对有机污染物2,4-D的催化脱氯降解性能。虽然纳米铁氧化物材料具有优异的吸附、催化性能，但是纳米铁氧化物材料粒径小，大规模使用情况下，易流失，使出水色度增加。另外铁氧化物在污水介质中使用时容易板结，使水头损失增加，滤过性能下降。通过载体负载铁氧化物制备大颗粒吸附或催化材料可以减少铁氧化物在净水过程中的流失及过滤阻力。例如，论文(石英砂负载氧化铁吸附除磷的研究，给水排水，2007,33(11)：150-153)使用石英砂为载体，在石英砂表面负载氧化铁，在利用氧化铁吸附除磷过程中，可以避免滤料堵塞，减少氧化铁流失，降低出水色度。专利申请(CN105688813A)报道了一种负载四氧化三铁的氧化石墨烯复合材料用于去除污水中的磷酸盐，增加了吸附性能。专利申请(CN106268719A)以改性活性炭为载体，负载制备好的四氧化三铁微粒，得到了负载四氧化三铁微粒的改性活性炭。专利申请(CN107199011A)以自然砂为载体，负载四氧化三铁纳米粒子，得到环境友好的磁性复合材料。多孔陶粒是以硅藻土等天然多孔材料为主，添加少量膨润土、蒙脱石、凸凹棒石等黏土材料为辅助粘接剂，经高温煅烧得到的毫米级无机非金属多孔材料。多孔陶粒自身可以作为吸附材料，吸附去除氨氮、重金属等阳离子性污染物和部分有机污染物，已经应用于污水治理，空气净化等环境工程领域。论文(盐度对人工渗滤系统中煤渣和陶粒除磷过程的影响，环境工程学报，2015,9(10)：4705-4710)报道了陶粒在人工渗滤系统中除磷性能。但是，多孔陶粒自身活性成分少，活性低，特别是对阴离子性污染物去除性能不佳。负载纳米活性成分是改良陶粒吸附、催化性能的有效方法。专利(CN104876639A)以凸凹棒土为陶粒骨材，碳酸镧为吸附磷活性成分，农作物秸秆为造孔剂，通过高温煅烧过程制备了多孔除磷陶粒。论文(氧化镁/地铁渣土复合陶粒的制备及除磷性能研究，应用化工，2015,44(9):1581-1585)以废弃地铁渣土为主要原料，以氧化镁为辅料制备了除磷陶粒。总之，目前，虽然已有单独使用纳米铁氧化物，或者，多孔陶粒用于污水吸附去除或催化氧化降解污染物的相关报道，但是未查到使用负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的产品及合成方法。
技术实现思路
为了解决纳米铁氧化物易流失、在污水介质中使用时容易板结等问题以及铁氧化物在载体中负载率低、分散不均匀、结构不稳定等问题，也为了克服多孔陶粒活性低、吸附催化性能不佳的不足，本专利技术的目的在于提供一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法。本专利技术用价廉易得的多孔陶粒为功能载体，通过浸渍法吸收铁氧化物原料溶液后，经过一步煅烧工艺，制得负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。本专利技术有机结合纳米铁氧化物材料的高活性与多孔陶粒的大尺寸、多介孔优点，使得铁氧化物以纳米级别的形式均匀分散于多孔陶粒的孔隙中，所制备的多孔复合材料结构稳定，铁氧化物的负载率高，不易流失，对环境污染物的去除具有优异的吸附性能和催化性能。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法得到的负载铁氧化物的多孔陶粒。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将铁氧化物前驱体溶于水中，获得铁氧化物前驱体溶液；所述铁氧化物前驱体为水溶性铁盐和/或水溶性亚铁盐；(2)将多孔陶粒在铁氧化物前驱体溶液中充分浸渍，干燥，煅烧，得到负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。步骤(2)中煅烧的温度为200℃～900℃。步骤(1)中所述铁氧化物前驱体为氯化亚铁、氯化铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁中的一种或多种的混合物。步骤(1)中铁氧化物前驱体溶液中Fe的摩尔浓度优选为0.001mol/L～饱和浓度，饱和浓度是指铁氧化物前驱体形成饱和溶液时的浓度。步骤(2)中铁氧化物前驱体溶液淹没多孔陶粒。陶粒的孔径为孔径1纳米至100微米。步骤(2)中浸渍的时间为5min～24h；所述干燥的温度为50～200℃；所述煅烧的时间为10min～12h。步骤(2)的具体步骤为将多孔陶粒在铁氧化物前驱体溶液中振荡浸泡，超声处理，干燥，煅烧，得到负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。当铁氧化物为氧化铁时，需要在空气气氛中煅烧；当铁氧化物为氧化亚铁时，需在活性炭或氮气氛围下煅烧，当铁氧化物为四氧化三铁时，需要在活性炭气氛中煅烧。本专利技术的多孔陶粒优选为主要成分是以Al，Si，O等为主要构成元素的，含有孔道结构的，粒径为0.1毫米至1厘米的黏土烧结无机非金属材料，如以硅藻土为主要原料，添加少量膨润土，蒙脱土，高岭土等黏土材料介孔硅藻土陶粒。本专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒还可掺杂负载镍、钴、锰等其他元素，具体是将镍水溶性盐、钴水溶性盐、锰水溶性盐中一种以上与铁氧化物前驱体溶液混合均匀，然后浸渍，干燥，煅烧，得到改性的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。所述负载纳米铁氧化物的多孔陶粒通过上述方法得到。本专利技术的负载铁氧化物的多孔陶粒用于吸附去除或催化氧化降解污染物，特别是阴离子性污染物。所述污染物优选为水中污染物。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术通过浸渍后直接煅烧，不需碱性沉淀剂进行沉淀，铁氧化物更有利于在多孔陶粒的孔道中形成纳米颗粒，分散更加均匀，铁氧化物在多孔陶粒中负载得更加牢固；(2)本专利技术的产物中纳米铁氧化物受陶粒保护，产品不板结，水头损失小；(3)本专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒为毫米级，不易流失；(4)本专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒不含有机成分，耐高温，寿命长；(5)本专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒不含有害元素，使用过程不会污染环境；(6)本专利技术的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒能够更加高效的吸附阴离子性污染物。本专利技术提供的负载纳米铁氧化物的多孔陶粒可以作为高性能吸附材料，催化材料使用。附图说明图1为实施例1中多孔陶粒(a)与负载纳米氧化铁的多孔陶粒(b)的光学图；图2为实施例1中多孔陶粒(a)与负载纳米氧化铁的多孔陶粒(b)的扫描电子显微镜照片；(c)为(b)中方框区域的放大照片，箭头所指为氧化铁纳米粒子(10纳米至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铁氧化物前驱体溶于水中，获得铁氧化物前驱体溶液；所述铁氧化物前驱体为水溶性铁盐和/或水溶性亚铁盐；(2)将多孔陶粒在铁氧化物前驱体溶液中充分浸渍，干燥，煅烧，得到负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。

【技术特征摘要】
1.一种负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将铁氧化物前驱体溶于水中，获得铁氧化物前驱体溶液；所述铁氧化物前驱体为水溶性铁盐和/或水溶性亚铁盐；(2)将多孔陶粒在铁氧化物前驱体溶液中充分浸渍，干燥，煅烧，得到负载纳米铁氧化物的多孔陶粒。2.根据权利要求1所述负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)中煅烧的温度为200℃～900℃；步骤(1)中所述铁氧化物前驱体为氯化亚铁、氯化铁、硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述负载纳米铁氧化物的多孔陶粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中铁氧化物前驱体溶液中Fe的摩尔浓度为0.001mol/L～饱和浓度，饱和浓度是指铁氧化物前驱体形成饱和溶液时的浓度；步骤(2)中多孔陶粒的孔径为孔径1纳米至100微米；步骤(2)中浸渍的时间为5min～24h；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战军，黄宣旗，夏嫣，李万斌，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44