CN106315739B - 一种利用功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的方法。该方法以功能化磁性四氧化三铁为吸附材料吸附重金属铬离子。主要技术特征是：首先合成磁性四氧化三铁，并对其进行功能化，得到功能化磁性四氧化三铁，在一定的条件下，功能化磁性四氧化三铁对Cr3+的最大吸附量为1000mg/g，甚至更高，吸附后的功能化磁性四氧化三铁用一定浓度的HCl即可解吸附，解吸率达95.88%。再生功能化磁性四氧化三铁二次吸附的最大吸附容量为957.8mg/g。

Description

一种利用功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的方法
技术领域
本发明属于工业污水处理领域，具体地说，利用功能化磁性四氧化三铁处理工业生产过程中形成的含铬离子废水，使铬达到可排放标准。
背景技术
铬(III)是人体必需的微量元素之一，可增强体内胆固醇的排泄、能辅助胰岛素利用葡萄糖，同时对动植物的生长有重要的作用。铬(III)是一种重金属，在体内有蓄积作用，含量较高的铬(III)会对皮肤、呼吸系统、消化系统及肝脏等都有损害作用。环境污染中的铬(III)主要来自制革、电镀、染料、颜料和有机合成等企业的污水排放。目前，处理重金属污染常用的方法有化学沉淀法、容积萃取法、膜分离法、离子交换法和吸附法等。吸附法是处理重金属污染的有效途径之一。然而，吸附后的分离也是限制吸附法发展的关键问题，磁性材料的出现有效的解决了该问题。磁性四氧化三铁应用于重金属污染物的吸附成为一新的研究热点，然而目前的应用过程中，吸附量和其再生仍然是制约其应用的瓶颈。本发明首先合成了磁性四氧化三铁，然后利用2-噻吩甲酰三氟丙酮对其进行功能化，得到功能化的磁性四氧化三铁，并将功能化磁性四氧化三铁用于吸附重金属铬(III)离子的吸附。铬离子首先和功能化磁性四氧化三铁表面的小分子发生作用，由于OH-的存在下，在功能化磁性四氧化三铁表面铬(III)被层层吸附，功能化磁性四氧化三铁对铬(III)的吸附量为1000mg/g，甚至更高，再生容易，可用于含铬(III)废水的处理，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的方法。特征在于该方法具有以下工艺步骤：
(1) 按照二价铁与三价铁的物质的量之比1:1~2:3，将二价铁盐(FeCl2)和三价铁盐(FeCl3·6H2O)混合溶液至三口烧瓶中，置于70 ~80℃恒温水浴锅中，剧烈搅拌，在氮气气氛下，恒压漏斗中逐滴加入浓氨水，使体系的pH ≥10，剧烈搅拌50~70min后，采用磁分离分离沉淀物，用蒸馏水反复洗涤沉淀物直至中性，在60下真空干燥后，研磨即得磁性四氧化三铁；
(2) 称取1~2g 十六烷基三甲基溴化铵溶解于100mL去离子水，加入0.8~1.2g 磁性四氧化三铁置于250mL锥形瓶中，置于70~80 ℃在恒温水浴振荡器中加热震荡10~12h。后将溶液自然冷却至室温磁分离操作并用去离子水洗涤，只至用AgNO3检测无色。置于真空干燥箱中60℃真空干燥，研磨得到产物1；
(3) 称取0.2~0.3g 2-噻吩甲酰三氟丙酮充分溶解于100mL无水乙醇中，将(2)中得到的产物1置于溶液置于2-噻吩甲酰三氟丙酮乙醇溶液中，放置在恒温水浴振荡器中，60℃搅拌30~40min，后取出继续静置老化30~50min。老化完成在磁性作用下先用无水乙醇清洗2~3次，然后用去离子水继续清洗2~3次后磁分离，60℃真空干燥，研磨得到最终产物功能化磁性四氧化三铁；
(4) 吸附：移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00~20.00mL放入100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，加入0.1g~0.2g步骤(3)合成的功能化磁性四氧化三铁，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH7.50~12.00，并取清夜，用原子吸收法测定铬；
(5) 解吸附：将步骤(4)中吸附Cr3+后的功能化磁性四氧化三铁磁分离后，弃去上层溶液，加入40mL~80mL0.1mol/LHCl溶液，充分摇匀，磁分离，用中速定量滤纸过滤，用蒸馏水洗涤，滤液定容，稀释，用原子吸收法测定铬，磁分离后的固体为再生的功能化磁性四氧化三铁；
(6) 再吸附：移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00~20.00mL放入含有步骤(5)中再生的功能化磁性四氧化三铁的100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH6.20~12.00，并取清夜，用原子吸收法测定铬。
本发明的有益成果
(1) 本发明中功能化磁性四氧化三铁的合成方法简单，经济，重现型强，环境污染小。
(2) 本发明采用功能化磁性四氧化三铁吸附铬(III)，吸附性能优良，借助OH-的存在，在共沉淀作用的存在下，吸附量可达1000mg/g，且可实现磁分离。
(3) 本发明中功能化磁性四氧化三铁再生性能好，吸附后的磁性四氧化三铁解吸方便，成本低，可重复利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1 (1) 按照二价铁与三价铁的物质的量之比1:1，将二价铁盐(FeCl2)和三价铁盐(FeCl3·6H2O)混合溶液至三口烧瓶中，置于70 ~80℃恒温水浴锅中，剧烈搅拌，在氮气气氛下，恒压漏斗中逐滴加入浓氨水，使体系的pH ≥10，剧烈搅拌50~70min后，采用磁分离分离沉淀物，用蒸馏水反复洗涤沉淀物直至中性，在60下真空干燥后，研磨即得磁性四氧化三铁；
(2) 称取1g 十六烷基三甲基溴化铵溶解于100mL去离子水，加入0.8g 磁性四氧化三铁置于250mL锥形瓶中，置于70 ℃在恒温水浴振荡器中加热震荡10h。后将溶液自然冷却至室温磁分离操作并用去离子水洗涤，只至用AgNO3检测无色。置于真空干燥箱中60℃真空干燥，研磨得到产物1；
(3) 称取0.2g 2-噻吩甲酰三氟丙酮充分溶解于100mL无水乙醇中，将(2)中得到的产物1置于溶液置于2-噻吩甲酰三氟丙酮乙醇溶液中，放置在恒温水浴振荡器中，60℃搅拌30min，后取出继续静置老化30min。老化完成在磁性作用下先用无水乙醇清洗2~3次，然后用去离子水继续清洗2~3次后磁分离，60℃真空干燥，研磨得到最终产物功能化磁性四氧化三铁。
实施例2 (1) 按照二价铁与三价铁的物质的量之比4:5，将二价铁盐(FeCl2)和三价铁盐(FeCl3·6H2O)混合溶液至三口烧瓶中，置于75℃恒温水浴锅中，剧烈搅拌，在氮气气氛下，恒压漏斗中逐滴加入浓氨水，使体系的pH ≥10，剧烈搅拌60min后，采用磁分离分离沉淀物，用蒸馏水反复洗涤沉淀物直至中性，在60下真空干燥后，研磨即得磁性四氧化三铁；
(2) 称取1.5g 十六烷基三甲基溴化铵溶解于100mL去离子水，加入1.0g 磁性四氧化三铁置于250mL锥形瓶中，置于75℃在恒温水浴振荡器中加热震荡11h。后将溶液自然冷却至室温磁分离操作并用去离子水洗涤，只至用AgNO3检测无色。置于真空干燥箱中60℃真空干燥，研磨得到产物1；
(3) 称取0.25g 2-噻吩甲酰三氟丙酮充分溶解于100mL无水乙醇中，将(2)中得到的产物1置于溶液置于2-噻吩甲酰三氟丙酮乙醇溶液中，放置在恒温水浴振荡器中，60℃搅拌40min，后取出继续静置老化50min。老化完成在磁性作用下先用无水乙醇清洗2~3次，然后用去离子水继续清洗2~3次后磁分离，60℃真空干燥，研磨得到最终产物功能化磁性四氧化三铁。
实施例3 移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00mL放入100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，加入0.1g功能化磁性四氧化三铁，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH7.50，并取清夜，用原子吸收法测定铬，经计算得0.1g功能化磁性四氧化三铁吸附了0.09925g铬(III)，吸附量为0.9925g/g，吸附率为99.25%。
实施例4移取10.00mg/mLCr3+溶液15.00mL放入100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，加入0.1g功能化磁性四氧化三铁，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH9.80，并取清夜，用原子吸收法测定铬，经计算得0.1g功能化磁性四氧化三铁吸附了0.09998g铬(III)，吸附量为0.9998g/g，吸附率为99.98%。
实施例5 解吸附：将0.1g功能化磁性四氧化三铁吸附10.00mL10.00mg/mLCr3+溶液后的功能化磁性四氧化三铁磁分离后，弃去上层溶液，加入40mL0.1mol/LHCl溶液，充分摇匀，磁分离，用蒸馏水洗涤，滤液定容，稀释，用原子吸收法测定铬，结果93.19%的Cr3+被解析下来。
实施例6 解吸附：将0.1g功能化磁性四氧化三铁吸附10.00mL10.00mg/mLCr3+溶液后的功能化磁性四氧化三铁磁分离后，弃去上层溶液，加入80mL0.1mol/LHCl溶液，充分摇匀，磁分离，用蒸馏水洗涤，滤液定容，稀释，用原子吸收法测定铬，结果95.88%的Cr3+被解析下来。
实施例7
再吸附：移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00mL放入含有再生的功能化磁性四氧化三铁的100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH9.50，并取清夜，用原子吸收法测定铬，测定其再吸附率为95.78%。

Claims (1)

1.一种利用功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 功能化磁性四氧化三铁的制备：首先合成磁性四氧化三铁，然后将所合成的四氧化三铁进一步功能化为功能化磁性四氧化三铁；
(2) 功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子：将含铬离子的溶液和功能化磁性四氧化三铁混合，摇匀，逐滴加入NaOH溶液，使铬离子吸附于功能化磁性四氧化三铁表面；
(3) 解吸附和再吸附：功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子后，逐滴加入盐酸使其解吸附，利用解吸附后的功能化磁性四氧化三铁进一步吸附铬离子；
其中，步骤(1)所述的功能化磁性四氧化三铁的制备具体如下：
① 按照二价铁与三价铁的物质的量之比1:1~2:3，将二价铁盐FeCl2和三价铁盐FeCl3·6H2O混合溶液置于三口烧瓶中，置于70 ~80℃恒温水浴锅中，剧烈搅拌，在氮气气氛下，恒压漏斗中逐滴加入浓氨水，使体系的pH ≥10，剧烈搅拌50~70min后，采用磁分离法分离沉淀物，用蒸馏水反复洗涤沉淀物直至中性，在60℃下真空干燥后，研磨即得磁性四氧化三铁；
② 称取1~2g 十六烷基三甲基溴化铵溶解于100mL去离子水，加入0.8~1.2g 磁性四氧化三铁置于250mL锥形瓶中，置于70~80 ℃恒温水浴振荡器中加热震荡10~12h后，将溶液自然冷却至室温，磁分离操作并用去离子水洗涤，直至用AgNO3检测无色，置于真空干燥箱中60℃真空干燥，研磨得到产物1；
③ 称取0.2~0.3g 2-噻吩甲酰三氟丙酮充分溶解于100mL无水乙醇中，将步骤②中得到的产物1置于2-噻吩甲酰三氟丙酮乙醇溶液中，放置在恒温水浴振荡器中，60℃搅拌30~40min后，取出继续静置老化30~50min，老化完成在磁性作用下先用无水乙醇清洗2~3次，然后用去离子水继续清洗2~3次后磁分离，60℃真空干燥，研磨得到最终产物功能化磁性四氧化三铁；
其中，步骤(2)所述的功能化磁性四氧化三铁吸附铬离子的具体步骤如下：
移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00~20.00mL放入100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，加入0.1g~0.2g功能化磁性四氧化三铁，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离法分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH7.50~12.00，并取清液，用原子吸收法测定铬；
其中，步骤(3)所述的解吸附和再吸附的具体步骤如下：
① 解吸附：将吸附Cr3+后的功能化磁性四氧化三铁磁分离后，弃去上层溶液，加入40mL~120mL0.1mol/LHCl溶液，充分摇匀，磁分离，用蒸馏水洗涤，滤液定容，稀释，用原子吸收法测定铬，磁分离后的固体为再生的功能化磁性四氧化三铁；
② 再吸附：移取10.00mg/mLCr3+溶液10.00~20.00mL放入含有再生的功能化磁性四氧化三铁的100mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，摇匀，边摇边逐滴加入1mol/LNaOH溶液，采用磁分离法分离吸附后吸附剂，用酸度计准确测量磁分离后溶液的pH7.50~12.00，并取清液，用原子吸收法测定铬。
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