CN105688793A - MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法 - Google Patents

MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤，将高锰酸钾溶于去离子水，然后滴加浓盐酸，再放入超声波振荡仪中超声振荡，添加纳米Fe3O4到高锰酸钾溶液中使之混合；混合液倒入水热反应釜中，反应釜密封放入干燥箱干燥，待反应釜自然冷却之后，利用无水乙醇和蒸馏水对混合液内的固体进行反复清洗，最后放入真空干燥箱中干燥，即得。本发明的MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，制备工艺简单，成本造价低廉，所选试剂为常规药品；所得磁性吸附材料可重复利用多次后仍保有吸附活性，且能通过外界磁场的作用进行固液分离，省去了吸附剂与吸附质之间繁琐的分离方式，提高了固液分离效率。

Description

MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于对重金属废水处理方法领域，涉及一种MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法。
背景技术
重金属具有难降解、易在生物体内累积、对环境破坏性大等特点，在全世界范围内都造成了严重环境问题。大量含重金属污废水通过江河、湖泊流入海洋，在被水生动植物及土壤吸收后，通过生态环境和食物链的方式直接或间接地影响并危害到人类的健康。如何高效地对水中的重金属离子进行去除并加以回收利用是提高资源利用效率、加大节能环保力度的保障，具有重要的理论和实际意义。
纳米材料是指在外表结构上具有纳米尺度（1~100nm）特征，性状上表现出特殊性质的材料。纳米材料尺寸微粒小、比表面积大，能表现出较强的韧性及强度。这使得它们可以作为高效的吸附剂和催化剂，并且在生物医学、水处理技术和环境治理等领域有着巨大的应用潜力。
MnO2基Fe3O4磁性纳米材料是在纳米Fe3O4材料的基础上包覆一层MnO2后所形成的新型纳米吸附材料。MnO2基Fe3O4磁性纳米材料不仅具有比表面积大、粒径小等传统纳米Fe3O4材料的一般特性，并因为具有吸附活性高、吸附容量大、重复利用性及铁磁性的特点使其对重金属离子拥有很好的吸附性能和便利性，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种对重金属具有高效吸附性能的MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，该重金属吸附材料比表面积大、吸附效率高、吸附剂可回收利用，能在外界磁场的作用下迅速进行固液分离，方便吸附材料的循环回收。
本发明的MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
1、将2.04g的高锰酸钾溶于100-140ml的去离子水，然后缓慢滴加2.8ml、质量分数为37%的浓盐酸，再放入超声波振荡仪中超声振荡15min，高锰酸钾完全溶解后，添加1.2g的平均粒径为20nm的纳米Fe3O4到高锰酸钾溶液中使之混合；
2、将上述混合液倒入水热反应釜中，反应釜密封放入干燥箱，在140℃的恒温下干燥3h，待反应釜自然冷却之后，利用无水乙醇和蒸馏水对混合液内的固体进行反复清洗，最后放入真空干燥箱中于60℃下真空干燥12h，得到MnO2基磁性纳米Fe3O4材料。
本发明的MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，具有以下优点：
（1）本发明制备工艺简单，对实验的反应条件要求不高，成本造价低廉，所选试剂为常规药品；
（2）本发明的磁性吸附材料可重复利用多次后仍保有吸附活性；
（3）MnO2基磁性纳米Fe3O4材料的吸附活性高、吸附容量大，且能通过外界磁场的作用进行固液分离，省去了吸附剂与吸附质之间繁琐的分离方式，提高了固液分离效率。
附图说明
图1为纳米Fe3O4/MnO2和纳米Fe3O4对镉离子去除率图；
图2为纳米Fe3O4/MnO2和纳米MnO2对镉离子去除率
图3为纳米Fe3O4/MnO2对镉离子的吸附再生研究图。
具体实施方式
实施例1：
取2.04g的高锰酸钾溶于140ml去离子水中，缓慢滴加2.8ml浓盐酸(37%)，放入超声波振荡仪超声振荡15min。再添加一定量平均粒径为20nm的纳米Fe3O4到溶液中。将混合液倒入200ml容量的水热反应釜中，密封放入干燥箱并于140℃恒温干燥3h。待冷却后用无水乙醇和蒸馏水反复清洗，最后放入真空干燥箱中于60℃下真空干燥12h。得到纳米Fe3O4/MnO2。
实施例2：
取2.04g的高锰酸钾溶于105ml去离子水中，缓慢滴加2.8ml浓盐酸(37%)，放入超声波振荡仪超声振荡15min，再添加1.2g的平均粒径为20nm的纳米Fe3O4到溶液中；将混合液倒入150ml容量的水热反应釜中，密封放入干燥箱并于120℃恒温干燥6h，待冷却后用无水乙醇和蒸馏水对混合液内的固体进行反复清洗，最后放入真空干燥箱于60℃下真空干燥12h，得到纳米Fe3O4/MnO2。
吸附试验
1、将实施例1所制得的纳米Fe3O4/MnO2与纳米Fe3O4在pH为6，投加量0.2g，室温20℃并以150rmp转速的条件下与镉质量浓度为10mg/L、20mg/L和50mg/L的50ml镉溶液持续反应12h，并对纳米Fe3O4/MnO2和纳米Fe3O4的吸附效率进行对比分析。
图1清晰明了地显示了纳米Fe3O4/MnO2和纳米Fe3O4对镉离子的去除效率，纳米Fe3O4/MnO2和纳米Fe3O4对含10mg/L的镉溶液的去除率分别为96%和3%，这一方面是因为经过水热反应后的纳米Fe3O4具有更大的比表面积，能更好得和溶液接触。另一方面是因为MnO2对镉离子具有较强的吸附性能，能与镉离子发生交换吸附。并且，在实验过程中，纳米Fe3O4在溶液中易发生团聚现象，很难与溶液完全混合。而纳米Fe3O4/MnO2的分散性好，将其置于溶液中后不易发生沉淀聚集现象，能够完全与溶液接触，达到更强的吸附效果。
2、分别将纳米Fe3O4/MnO2和MnO2在pH为6，投加量0.2g，室温20℃并以150rmp转速的条件下与镉质量浓度为10mg/L、20mg/L和50mg/L的50ml镉溶液持续反应12h，并对纳米Fe3O4/MnO2和MnO2的吸附效率进行对比分析，纳米Fe3O4/MnO2和MnO2对镉离子的吸附效果如图2所示。比较上述可以发现制备出的新型纳米Fe3O4/MnO2吸附剂相对于其他两种物质处理含镉废水具有更加理想的效果。
3、用酸处理过程来对纳米Fe3O4/MnO2进行解吸。即在室温20℃、投加量0.2g、pH为6并以150rmp转速的条件下在镉质量浓度为50mg/L时反应1h后，将纳米Fe3O4/MnO2放置于质量浓度为0.01mol/L的HCl溶液中解吸15min，解吸效率可达到90%。如图3所示，纳米Fe3O4/MnO2重复使用5次后，第5次的去除率与第一次相比只降低了10%，达到86%。表明了纳米Fe3O4/MnO2具有很好的重复使用性和再生性。

Claims (1)

1.一种MnO2基磁性纳米Fe3O4重金属吸附材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）将2.04g的高锰酸钾溶于100-140ml的去离子水，然后缓慢滴加2.8ml、质量分数为37%的浓盐酸，再放入超声波振荡仪中超声振荡15min，高锰酸钾完全溶解后，添加1.2g的平均粒径为20nm的纳米Fe3O4到高锰酸钾溶液中使之混合；
（2）将上述混合液倒入水热反应釜中，反应釜密封放入干燥箱，在140℃的恒温下干燥3h，待反应釜自然冷却之后，利用无水乙醇和蒸馏水对混合液内的固体进行反复清洗，最后放入真空干燥箱中于60℃下真空干燥12h，得到MnO2基磁性纳米Fe3O4材料。
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