一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用。该空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；外壳层为镧化合物材料，且镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。本发明专利技术通过以空心结构的四氧化三铁材料为内壳层、氧化镧和/或氢氧化镧为外壳层，充分结合镧材料的特异性砷吸附性能与磁性铁材料超顺磁性的特点，实现低浓度砷污染废水净化与吸附剂快速分离的目标，绿色高效，并扩大铁、镧吸附剂在砷废水处理中的应用；本发明专利技术的制备方法简单、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用
本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用。
技术介绍
砷是地下水中最具毒性和致癌性的准金属污染物之一，影响着全球70多个国家超过1.5亿人的生命健康安全。在我国，通过对长江黄河流域的调查发现，自然水体中砷污染的浓度在0.1～2000μg/L范围之内，如何处理这一低浓度砷污染废水成为研究人员迫切关注的问题。近年来，已经进行了大量的研究工作以寻求用于去除水中砷污染的方法，例如凝结-絮凝、离子交换、氧化、植物修复、膜技术和电化学等。但是，由于投资高，可能引入二次污染，以及需要严格的反应条件等缺点，这些方法难以广泛应用于砷污染废水处理中。吸附作为一种方便、高效、低成本的成熟方法，一直是研究的重点。然而，传统的吸附材料如铁、铝、活性炭等大多只在高浓度砷条件下(＞5mg/L)才能表现出优异的去除性能，此外，即使是处理过后的废水里，水中仍残留有大量的砷(＞1mg/L)，必须进行后续深度处理才能达标排放，经济效益差，处理周期长。据此，开发新型高效环保的吸附剂不失为一种可行的途径。近年来，由于几种稀土元素制备的吸附剂具有良好的化学性能，因此它们在水处理应用中受到了广泛关注。这其中，稀土元素镧，其化学性质最为活泼，且分布广泛、储量丰富，因而成为了稀土研究的首选材料之一。另一方面，许多研究表明，相比铁、铝等常规吸附材料，镧基吸附剂具有更多表面官能团，且对As(V)具有优异的亲和性能。然而，纯净的镧材料难以回收，极易造成二次污染，低分离效率限制了镧基吸附剂的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用，解决现有技术中纯净的镧材料除砷后难以回收、易造成二次污染的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的第一方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球，该空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；外壳层为镧化合物材料，且镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。本专利技术的第二方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，包括以下步骤：将四氧化三铁作为内壳层包覆于二氧化硅表面，得到初级纳米微球；将镧化合物作为外壳层包覆于初级纳米微球表面，得到复合纳米微球；去除复合纳米微球中的二氧化硅，得到空心的磁性铁/镧纳米微球。本专利技术第二方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法用于制备本专利技术第一方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球。本专利技术的第三方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球的应用，该空心的磁性铁/镧纳米微球作为吸附剂脱除水中砷。本专利技术第三方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的应用中所用的空心的磁性铁/镧纳米微球为本专利技术第一方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过以空心结构的四氧化三铁材料为内壳层、氧化镧和/或氢氧化镧为外壳层，充分结合镧材料的特异性砷吸附性能与磁性铁材料超顺磁性的特点，实现低浓度砷污染废水净化与吸附剂快速分离的目标，绿色高效，并扩大铁、镧吸附剂在砷废水处理中的应用；本专利技术的制备方法简单、成本低廉。附图说明图1是本专利技术提供的空心的磁性铁/镧纳米微球吸附砷的原理结构示意图；图2是本专利技术提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法一实施方式的工艺流程图；图3是本专利技术实施例1得到的空心的磁性铁/镧纳米微球的静态吸附曲线图；图4是本专利技术实施例1得到的空心的磁性铁/镧纳米微球的吸附等温线及拟合图；图5是本专利技术实施例1得到的完整空心的磁性铁/镧纳米微球和破碎空心的磁性铁/镧纳米微球对As(V)的吸附能力对比图；图6是本专利技术实施例1得到的空心的磁性铁/镧纳米微球吸附后回收效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1，本专利技术的第一方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球，该空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；外壳层为镧化合物材料，且镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。本专利技术中，通过以空心结构的四氧化三铁材料为内壳层、氧化镧和/或氢氧化镧为外壳层，充分结合镧材料的特异性砷吸附性能与磁性铁材料超顺磁性的特点，实现低浓度砷污染废水净化与吸附剂快速分离的目标，绿色高效，并扩大铁、镧吸附剂在砷废水处理中的应用。优选地，上述磁性铁/镧纳米微球的粒径为100～200nm。在此范围内，能使所得纳米微球的体积小，吸附位点多，且便于回收。如图2，本专利技术的第二方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，包括以下步骤：S1：将四氧化三铁作为内壳层包覆于二氧化硅表面，得到初级纳米微球；S2：将镧化合物作为外壳层包覆于初级纳米微球表面，得到复合纳米微球；S3：去除复合纳米微球中的二氧化硅，得到空心的磁性铁/镧纳米微球。本专利技术第二方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法用于制备本专利技术第一方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球。优选地，上述得到初级纳米微球的具体步骤为：(a)将原硅酸四乙酯、水、氨水与乙醇以1：(1～3)：(0.4～0.8)：(20～30)的体积比混合，在20～30℃下搅拌20～24h，随后经离心、清洗、干燥、磨碎得到二氧化硅纳米微球；其中，氨水的质量分数为25～28％。(b)将上述二氧化硅纳米微球与二茂铁的混合物分散至丙酮中，滴加双氧水，混合均匀后，进行第一水热反应，随后经过滤、清洗和干燥后得到初级纳米微球。进一步地，上述二氧化硅纳米微球与二茂铁的混合物中，上述二氧化硅微球与二茂铁的质量比为1:(0.8～1.2)。若加入量过多，将使所得纳米微球因体积过大而吸附效果差，若加入量过少，将使所得微球因磁性不足而回收效果差。进一步地，上述二氧化硅纳米微球和二茂铁的的混合物与丙酮的比例为1g：(30～60)ml，上述双氧水与丙酮的体积比为1：(5～10)；其中，上述双氧水的质量分数为28～30％。进一步地，上述第一水热反应的温度为180～200℃，第一水热反应的时间为20～24h。优选地，上述得到复合纳米微球的具体步骤为：将初级纳米微球加入镧源溶液中，混合均匀后，进行第二水热反应，随后经过滤后得到复合纳米微球。进一步地，上述镧源为硝酸镧、硫酸镧、氯化镧中的一种或多种。进一步地，上述镧源溶液的浓度为0.05～0.2mol/L，上述初级纳米微球和镧源溶液的比例为1g：(30～100)ml。若加入量过多，将导致微球体积过大、而回收效果差；若加入量过少，将导致吸附性能较差。进一步地，上述第二水热反应的温度为140～180℃，第二水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心的磁性铁/镧纳米微球，其特征在于，所述空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；/n所述内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；/n所述外壳层为镧化合物材料，且所述镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心的磁性铁/镧纳米微球，其特征在于，所述空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；
所述内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；
所述外壳层为镧化合物材料，且所述镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。


2.一种如权利要求1所述空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将四氧化三铁作为内壳层包覆于二氧化硅表面，得到初级纳米微球；
将镧化合物作为外壳层包覆于所述初级纳米微球表面，得到复合纳米微球；
去除所述复合纳米微球中的二氧化硅，得到空心的磁性铁/镧纳米微球。


3.根据权利要求2所述空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，其特征在于，所述得到初级纳米微球的具体步骤为：
将原硅酸四乙酯、水、氨水与乙醇以1：(1～3)：(0.4～0.8)：(20～30)的体积比混合，在20～30℃下搅拌20～24h，随后经离心、清洗、干燥、磨碎得到二氧化硅纳米微球；其中，氨水的质量分数为25～28％；
将所述二氧化硅纳米微球与二茂铁的混合物分散至丙酮中，滴加双氧水，混合均匀后，进行第一水热反应，随后经过滤、清洗和干燥后得到初级纳米微球。


4.根据权利要求3所述空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应的温度为180～200℃，所述第一水热反应的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏令，鄢圣金，周克强，宋少先，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42