CN101593593B - 处理有机废水的磁性纳米材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理有机废水的磁性纳米材料的制备方法，将2.0～2.5g FeCl₂·4H₂O、5.2～5.6g FeCl₃·6H₂O和0.85～0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，再滴加到250mL、浓度为1.2～1.5mol/L的NaOH水溶液中，利用外加磁场将反应所得Fe₃O₄沉淀物分离，分别用去离子水和乙醇清洗两遍；将清洗后的Fe₃O₄沉淀物置于20mL、浓度为15～20mmol/L的BaCl₂溶液中活化处理3h，利用磁场分离得到Fe₃O₄固体颗粒：最后加入到50mL、浓度为15～30mmol/L的阴离子表面活性剂溶液中，搅拌50min，外加磁场分离。本发明采用磁性纳米材料作为基体，利用表面活性剂对其进行改性，可以大量吸附难降解有机污染物，吸附后在外加磁场的作用下有机污染物随着磁性纳米材料迅速从水中分离，达到对污染物的高效去除和废水净化的目的，去除率为98.2％以上。

Description

处理有机废水的磁性纳米材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种处理有机废水的材料制备方法，尤其涉及有机改性磁性纳米材料的制备方法，属于环境保护中污水处理技术领域。

背景技术

目前，吸附法是污水深度处理的常用方法之一，具有高效和易操作等优点。纳米技术是当今世界研究的热门技术之一，纳米材料(至少有一维尺寸≤100nm)具有极大的比表面积，特殊结构决定了它特殊的物理和化学性质。纳米级的吸附剂均比相应的非纳米级物质吸附容量和吸附效率要高。尽管纳米颗粒吸附处理效果突出，在应用方面主要存在以下两个问题：(1)由于纳米颗粒小，吸附过程中将其完全分散到水中后会呈胶体状，导致吸附后固液分离困难，不仅影响出水效果，而且如果分离不彻底可能会使纳米颗粒流入环境而导致对生态环境造成较大的负面影响。(2)由于无机纳米颗粒大多为极性物质，表面多有羟基，易于和水之间形成稳定的分散体系，导致无机纳米材料对多环芳烃、卤代烃和杂环类化合物等难降解污染物结合力较弱，对这类物质吸附去除效果差。

磁性纳米材料是纳米材料的一种，一般是指尺寸在1～100nm之间的磁性颗粒，除了在物理和化学方面具有纳米材料的介观(即介于宏观物体与微观分子、原子)特性外，磁性纳米材料还具有特殊的介观磁性性能。磁性纳米材料粒径小、比表面积大、偶联容量高且其悬浮稳定性较好，便于各种反应高效而方便的进行。又因其具有超顺磁性，在外加磁场的作用下，固液相的分离方便，可省去离心和过滤等繁杂的操作。在磁场撤销之后，可以很容易再次分散到水中。但磁性纳米材料的缺陷是：由于磁性纳米材料表面有丰富的羟基，亲水性较强，吸附废水中难降解有机污染物的效果较差。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种处理有机废水的磁性纳米材料的制备方法，对磁性纳米材料表面进行有机改性，增强磁性纳米材料的吸附力。

本发明采用的技术方案是采用如下步骤：

1)将2.0～2.5g FeCl₂·4H₂O、5.2～5.6g FeCl₃·6H₂O和0.85～0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，将该混和水溶液滴加到250mL、浓度为1.2～1.5mol/L的NaOH水溶液中，滴加过程中保持连续搅拌直到反应结束，利用外加磁场将反应所得Fe₃O₄沉淀物分离，并分别用去离子水和乙醇清洗两遍；

2)将清洗后的Fe₃O₄沉淀物置于20mL、浓度为15～20mmol/L的BaCl₂溶液中活化处理3h，利用磁场分离得到Fe₃O₄固体颗粒：

3)将分离后的活化的Fe₃O₄固体颗粒加入到50mL、浓度为15～30mmol/L的阴离子表面活性剂溶液中，搅拌50min，外加磁场分离得包裹有表面活性剂的磁性纳米材料沉淀物，将该磁性纳米材料沉淀物用去离子水清洗三遍，烘干后即可。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用磁性纳米材料作为基体，利用表面活性剂对其进行改性，利用磁性纳米材料的磁性能和表面附载的表面活性剂所形成的表面胶束，可以大量吸附难降解有机污染物，吸附后在外加磁场的作用下有机污染物随着磁性纳米材料迅速从水中分离，达到对污染物的高效去除和废水净化的目的，去除率为98.2％以上，解决了纳米颗粒难分离的问题，无需加药或离心分离，操作简单，经济高效。

2、本发明充分利用纳米材料的巨大表面积，经有机改性得到的改性磁性Fe₃O₄的比表面积达到830m²/g，有利于污染物的吸附。经活化后Fe₃O₄表面由弱正电性变为强正电性，有利于利用廉价的阴离子改性并且改性量增加；经利用阴离子表面活性剂有机改性后，磁性纳米材料对有机物吸附效果大大增强；吸附后利用磁场分离，固/液分离简单，具有较强的实用价值。

3、对于废水中本身含有常用的阴离子表面活性剂和其它污染物，只需要加入少量活化后的磁性纳米材料，即可同时去除阴离子表面活性剂和污染物。

具体实施方式

本发明首先将2.0～2.5g FeCl₂·4H₂O、5.2～5.6g FeCl₃·6H₂O和0.85～0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，在N₂保护下，将上述混和水溶液滴加到250mL、浓度为1.2～1.5mol/L的NaOH水溶液中，滴加过程中保持连续搅拌直到反应结束，利用外加磁场将反应所得Fe₃O₄沉淀物分离出来，并分别用去离子水和乙醇清洗两遍；再将清洗后的Fe₃O₄沉淀物置于20mL、浓度为15～20mmol/L的BaCl₂溶液中活化处理3h，利用磁场分离得到活化后的Fe₃O₄固体颗粒；将分离后的活化的Fe₃O₄加入到50mL、浓度为15～30mmol/L的带有十二～十八碳烷基的烷基硫酸盐和十二烷基苯磺酸钠的阴离子表面活性剂溶液中，搅拌50min，外加磁场固/液分离，得到包裹有表面活性剂的磁性纳米材料，将该磁性纳米材料沉淀物用去离子水清洗三遍，烘干后即得到用于有机废水处理的有机改性磁性纳米材料。

下面通过4个实施例进一步说明本发明。

实施例1

首先将2.0g FeCl₂·4H₂O、5.2g FeCl₃·6H₂O和0.85mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，然后在N₂保护下，将上述水溶液滴加到250mL，浓度1.5mol/L持续搅拌的NaOH水溶液中，反应液中出现黑色的Fe₃O₄沉淀物。反应结束后，利用外加磁场将所得Fe₃O₄沉淀物从反应介质中分离出来，并分别用去离子水和乙醇清洗，将清洗后Fe₃O₄沉淀物置于20mL，浓度为15mmol/L的BaCl₂溶液中进行活化3h，利用磁场分离；分离后加入到50mL浓度为15mmol/L十二烷基苯磺酸钠的溶液中，搅拌50min，外加磁场分离，去离子水清洗三遍，烘干后得到用于有机废水处理的有机改性磁性纳米材料。

在50mL碘量瓶中加入20mL浓度为20mg/L萘溶液，然后加入0.05g的用上述方法制备得到的有机改性磁性纳米材料作吸附剂，25℃恒温振荡20min，外加磁场分离，测定吸附溶液中萘的浓度，去除率为98.2％，处理后废水用浊度计测定浊度为8NTU。去除率高，澄清效果好。

实施例2

首先将2.5g FeCl₂·4H₂O、5.6g FeCl₃·6H₂O和0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，然后在N₂保护下，将上述水溶液滴加到250mL，浓度为1.2mol/L持续搅拌的NaOH水溶液中，反应液中出现黑色的Fe₃O₄沉淀物。反应结束后，利用外加磁场将所得Fe₃O₄沉淀物从反应介质中分离出来，并分别用去离子水和乙醇清洗，将清洗后Fe₃O₄沉淀物置于20mL，浓度为20mmol/L的BaCl₂溶液中进行活化3h，利用磁场分离；分离后加入到50mL浓度为30mmol/L十二烷基硫酸钠溶液中，搅拌50min，外加磁场分离，去离子水清洗三遍，即得到用于有机废水处理的磁性纳米吸附剂。

在50mL碘量瓶中加入20mL浓度为10mg/L菲的溶液，然后加入0.1g的用实施例2方法制备得到的磁性纳米作吸附剂，25℃恒温振荡20min，外加磁场分离，测定吸附溶液中菲的浓度，去除率为99.4％，处理后废水用浊度计测定浊度为7NTU。去除率高，澄清效果好。

实施例3

首先将2.3g FeCl₂·4H₂O、5.4g FeCl₃·6H₂O和0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，然后在N₂保护下，将上述水溶液滴加到250mL，浓度为1.5mol/L持续搅拌的NaOH水溶液中，反应液中出现黑色的Fe₃O₄沉淀物。反应结束后，利用外加磁场将所得Fe₃O₄沉淀物从反应介质中分离出来，并分别用去离子水和乙醇清洗，将清洗后Fe₃O₄沉淀物置于20mL，浓度为18mmol/L的BaCl₂溶液中进行活化3h，利用磁场分离；分离后加入到50mL浓度为25mmol/L的十八烷基硫酸钠的溶液中，搅拌50min，外加磁场分离，去离子水清洗三遍，即得到用于有机废水处理的磁性纳米吸附剂；

在50mL碘量瓶中加入20mL浓度为25mg/L乙萘酚的溶液，然后加入0.3g的用实施例3方法制备得到的磁性纳米作吸附剂，25℃恒温振荡20min，外加磁场分离，测定吸附溶液中乙萘酚的浓度，去除率为98.0％，处理后废水用浊度计测定浊度为8NTU。去除率高，澄清效果好。

实施例4

首先将2.1g FeCl₂·4H₂O、5.5g FeCl₃·6H₂O和0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，然后在N₂保护下，将上述水溶液滴加到250mL，浓度为1.3mol/L持续搅拌的NaOH水溶液中，反应液中出现黑色的Fe₃O₄沉淀物。反应结束后，利用外加磁场将所得Fe₃O₄沉淀物从反应介质中分离出来，并分别用去离子水和乙醇清洗，将清洗后Fe₃O₄沉淀物置于20mL，浓度为16mmol/L的BaCl₂溶液中进行活化3h，利用磁场分离；分离后加入到50mL浓度为28mmol/L的十六烷基硫酸钠的溶液中，搅拌50min，外加磁场分离，去离子水清洗三遍，即得到用于有机废水处理的磁性纳米吸附剂；

在50mL碘量瓶中加入20mL浓度为25mg/L萘的溶液，然后加入0.2g的用实施例4方法制备得到的磁性纳米作吸附剂，25℃恒温振荡20min，外加磁场分离，测定吸附溶液中萘的浓度，去除率为98.0％，处理后废水用浊度计测定浊度为8NTU。去除率高，澄清效果好。

Claims (1)

1.一种处理有机废水的磁性纳米材料的制备方法，其特征是采用如下步骤：

1)将2.0～2.5g FeCl₂·4H₂O、5.2～5.6g FeCl₃·6H₂O和0.85～0.9mL浓盐酸溶解于25mL预先经N₂脱气的水溶液中，将该混和水溶液滴加到250mL、浓度为1.2～1.5mol/L的NaOH水溶液中，滴加过程中保持连续搅拌直到反应结束，利用外加磁场将反应所得Fe₃O₄沉淀物分离，并分别用去离子水和乙醇清洗两遍；

2)将清洗后Fe₃O₄沉淀物置于20mL、浓度为15～20mmol/L的BaCl₂溶液中活化处理3h，利用磁场分离得到活化的Fe₃O₄固体颗粒：

3)将分离后的活化的Fe₃O₄固体颗粒加入到50mL、浓度为15～30mmol/L的阴离子表面活性剂溶液中，搅拌50min，外加磁场分离得包裹有表面活性剂的磁性纳米材料沉淀物，将该磁性纳米材料沉淀物用去离子水清洗三遍，烘干后即可。