CN103272553B - 一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法 - Google Patents
一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，属于水污染控制磁性纳米吸附材料合成技术领域，包括如下步骤：第一步，将铁盐水溶液和碱的水溶液混合，制得氢氧化铁，将氢氧化铁离心分离后，加入冰醋酸，并搅拌直至形成水合氧化铁胶体溶液；第二步，向胶体溶液中加入有机溶剂，水合氧化铁与有机溶剂反应形成复合物沉淀，分离后烘干、焙烧得到磁性纳米氧化铁吸附剂。制得的磁性纳米氧化铁吸附材料无需与其他材料复合，制备方法简单，原料成本低，对水体中的砷具有较好的吸附效果，可以用于水质净化。
Description
技术领域
本发明属于材料合成技术领域，具体涉及水污染控制磁性纳米吸附材料合成技术领域。
背景技术
砷作为一种在自然界中广泛分布的元素，可以通过自然过程和人类活动从土壤和矿石进入到地表水和地下水中。天然水中的砷污染是威胁世界各地众多人口健康的一个严重问题，特别是地下水中的主要存在形态三价砷，具有非常强的生理毒性。目前，处理砷污染的技术方法主要有氧化法、凝固法、吸附法、离子交换法、反渗透膜法等，其中吸附法因除砷效率高、操作简便、成本低而备受关注。制备高效的吸附剂是关键，纳米吸附剂具有较高的比表面积，因而吸附容量大。同时，近年来出现了具有磁性的吸附剂，由于可以在外加磁场的作用下实现固液分离，使用方便，备受关注。文献（公开号CN102941057A）公布了一种磁性复合吸附剂的制备方法及其在水体无机三价砷去除中的应用，该制备过程包括磁性纳米颗粒的制备和在磁性纳米颗粒表面包覆无定形铁锰复合氧化物，其起吸附作用的为表面包覆的铁锰氧化物。文献（公开号CN101966445A）公布了一种可以用于除砷的磁性纳米复合材料，先合成磁性Fe3O4，再在Fe3O4表面包覆锌和其它过渡金属的氢氧化物；文献（公开号CN102476043A）公布了一种用于水中除砷的纤维素基/Fe3O4复合吸附材料的制备方法，该方法以纤维素类材料为基质，通过共沉淀法负载Fe3O4提供磁性。现有技术中的磁性纳米吸附材料大都是将磁性基质与吸附材料复合，或者在合适的基质上直接负载磁性吸附材料，制备过程较复杂，原料中的纳米基质也存在价格昂贵的缺点。此外现有的大部分吸附材料对不同价态的砷是选择性进行吸附，无法同时对三价砷、五价砷都具有较高的吸附容量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，降低原料和制备成本。根据此技术方案制得的磁性纳米氧化铁吸附材料无需与其他材料复合，对水体中的三价砷和五价砷均具有较好的吸附效果，可以用于水质净化。
本发明的技术方案为：一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将铁盐水溶液和碱的水溶液混合，制得氢氧化铁，将氢氧化铁离心分离后，加入冰醋酸，并搅拌直至形成水合氧化铁胶体溶液；第二步，向胶体溶液中加入有机溶剂，水合氧化铁与有机溶剂反应形成复合物沉淀，分离后烘干、焙烧得到磁性纳米氧化铁吸附剂。
上述制备方法中，所述铁盐可以为氯化铁、硫酸铁或者硝酸铁，所述碱的水溶液可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾或者碳酸钠等的水溶液，氢氧根与铁离子的摩尔比不低于4，或者碳酸根与铁离子的摩尔比不低于2。
上述制备方法中，在第一步合成水合氧化铁胶体溶液的过程中，铁与冰醋酸的摩尔比范围为1∶2～1∶50，搅拌时间为0.3～1小时左右。
上述制备方法中，在第二步水合氧化铁与有机溶剂反应形成复合物沉淀的过程中，所用的有机溶剂包括丙醇、丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、己酮或丙醛。
上述制备方法中，在第二步的焙烧过程中，焙烧气氛可以为空气、氮气或其它惰性气体，如氩气、氦气等，焙烧温度为200℃～800℃。
本技术方案合成出来的吸附材料，在吸附饱和后，可通过碱溶液浸泡再生。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、 直接合成出具有吸附特性的磁性纳米材料，无需负载额外的吸附物质，制备工序简单；
2、 本磁性纳米氧化铁吸附剂的制造原料简单、合成条件温和、合成周期较短，原料和制备成本都较低；
3、 可以同时吸附水中的三价砷和五价砷，去除水中的砷快速有效，处理彻底，吸附容量大，特别适合去除地下水或地表水中痕量的砷，每克该材料可以吸附50mg以上的无机三价砷和70mg以上的无机五价砷；
4、 使用便捷，磁性固液分离过程速度快；
5、 合成出来的吸附材料，在吸附饱和后，可通过碱溶液浸泡再生，节约了成本。
附图说明
图1为制备的磁性纳米氧化铁的透射电镜照片。
图2为制备的磁性纳米氧化铁的磁化曲线。
图3为在空气中250℃焙烧得到的样品的X-射线衍射谱图。
图4为在氮气中250℃焙烧得到的样品的X-射线衍射谱图。
具体实施方式
实施例1
将16.2克九水合硝酸铁溶于180毫升纯水中，将6.4克氢氧化钠溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入7.2克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶3），磁力搅拌1小时左右，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入400毫升丙酮继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在空气中250 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，透射电镜表明基本粒子大小约10-30 纳米（如图1所示），磁化曲线表明其在磁场中具有磁性（如图2所示），X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为α－Fe2O3与γ－Fe2O3（如图3所示）。每克该材料可以吸附50毫克以上水中的无机三价砷和70毫克以上水中的无机五价砷。
实施例2
将10.8克六水合氯化铁溶于180毫升纯水中，将8.5克碳酸钠溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入14.4克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶6），磁力搅拌1小时左右，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入100毫升丙醇继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在氮气中250 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为γ－Fe2O3（如图4所示）。每克该材料可以吸附30毫克以上的无机三价砷和40毫克以上水中的无机五价砷。
实施例3
将16.2克九水合硝酸铁溶于180毫升纯水中，将6.4克氢氧化钠溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入120克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶50），磁力搅拌0.3小时，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入100毫升丙醛继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在氩气中600 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为γ－Fe2O3。每克该材料可以吸附20毫克以上的无机三价砷和30毫克以上的无机五价砷。
实施例4
将16.2克九水合硝酸铁溶于180毫升纯水中，将8.32克氢氧化钾溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入4.8克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶2），磁力搅拌0.5小时左右，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入20毫升甲基乙基酮继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在氦气中400 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为γ－Fe2O3。每克该材料可以吸附30毫克以上的无机三价砷和40毫克以上的无机五价砷。
实施例5
将8克硫酸铁溶于180毫升纯水中，将10.4克碳酸钾溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入48克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶20），磁力搅拌1小时左右，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入20毫升甲基丙基酮继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在氮气中800 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为γ－Fe2O3。每克该材料可以吸附30毫克以上的无机三价砷和50毫克以上的无机五价砷。
实施例6
将16.2克九水合硝酸铁溶于180毫升纯水中，将6.4克氢氧化钠溶于100毫升纯水中，混合上述两种溶液，将沉淀离心分离，加入7.2克冰醋酸（铁与冰醋酸的摩尔比为1∶3），磁力搅拌1小时左右，直至形成水合氧化铁胶体，然后加入20毫升己酮继续搅拌1小时，静置后离心，烘干，然后在氮气中200 ℃焙烧3小时，即得到磁性纳米氧化铁，X-射线衍射结构分析表明材料的主要晶相为γ－Fe2O3。每克该材料可以吸附20毫克以上的无机三价砷和40毫克以上的无机五价砷。
Claims (7)
1.一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，将铁盐水溶液和碱的水溶液混合，制得氢氧化铁，将氢氧化铁离心分离后，加入冰醋酸，铁与冰醋酸的摩尔比为1∶2～1∶50，并搅拌直至形成水合氧化铁胶体溶液；第二步，向胶体溶液中加入有机溶剂，水合氧化铁与有机溶剂反应形成复合物沉淀，分离后烘干、焙烧得到磁性纳米氧化铁吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：所述铁盐为氯化铁、硫酸铁或者硝酸铁。
3.根据权利要求1所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：所述碱的水溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾或者碳酸钠的水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：第一步中搅拌时间为0.3～1小时。
5.根据权利要求1所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：第二步中所述有机溶剂为丙醇、丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮、己酮或丙醛。
6.根据权利要求1所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：第二步中焙烧温度为200℃～800℃。
7.根据权利要求1或6所述的一种用于除去水体中砷的磁性纳米氧化铁吸附剂的制备方法，其特征在于：焙烧氛围为空气、氮气、氩气或氦气。
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