專(zhuān)利名稱(chēng)：納米磁性鐵氧化物及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境水處理領(lǐng)域，涉及ー種納米磁性鐵氧化物及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
神元素在動(dòng)植物體內(nèi)有累積效應(yīng)，而且對(duì)人有著“致癌，致畸形，致突變”的嚴(yán)重危害。即使少量的砷在人體中積累，也會(huì)引發(fā)皮膚潰爛，高血壓，角質(zhì)化等各種各樣的疾病。世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中總砷含量不能超過(guò)O. 01mg/L,エ業(yè)排放廢水中總砷含量不能超O. 5mg/L。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，全球許多地區(qū)的人們?cè)馐苤簧槲廴镜乃亩竞?，比如，孟加拉，越南，蒙古，印度，智利等，其中以孟加拉最為?yán)重，由于地域的原因，幾乎整個(gè)國(guó)家的水域中神的含量都超標(biāo)，超過(guò)8000萬(wàn)的人口遭受著砷污染的毒害。而我國(guó)的情況也不容樂(lè)觀，由于開(kāi)礦的原因，在山西等地許多區(qū)域的水中神含量超標(biāo)，最聞的甚至聞達(dá)4. 8mg/L,超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值上百倍。因此，對(duì)于砷污染的治理刻不容緩。目前治理水中砷污染的方法主要可以分為六大類(lèi)化學(xué)沉淀法，電解法，膜分離法，離子交換法，活體生物法，吸附法。在這些方法中，以吸附法應(yīng)用最為廣泛。但是，目前針對(duì)水相砷的各種吸附劑具有后續(xù)回收困難，易造成二次污染，吸附量不高等缺陷，不利于エ業(yè)化以及大規(guī)模廢水治理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米磁性鐵氧化物及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明提供的制備鐵氧化物的方法，包括如下步驟將FeCl3、FeCl2與pH值突變劑于溶劑中混勻進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢得到所述鐵氧化物。上述方法中，所述FeCl3與FeCl2的投料摩爾比為2 2. 4:1;所述溶劑的用量為使所述FeCl2的濃度為25 40mmol/L ；所述pH值突變劑與FeCl2的用量比為6. 5 8ml : Immol，具體為7. 5ml Immol或7. 7ml : Immol ；所述pH值突變劑為氨水；所述氨水的質(zhì)量百分濃度為25-35%，優(yōu)選25%。所述溶劑為水；所述混勻步驟中，混勻方式為攪拌混勻。所述攪拌混勻中，轉(zhuǎn)速為500-2000rmp，優(yōu)選IOOOrmp ;所述反應(yīng)步驟中，溫度為室溫，時(shí)間為20-30分鐘。所述制備鐵氧化物的方法還包括如下步驟在所述反應(yīng)完畢后，將所得產(chǎn)物用磁鐵吸附，使其與液相分離，再用水洗滌；所述洗滌步驟中，水的用量為Immol所述FeCl2對(duì)應(yīng)10(Tl50ml所述水，洗滌次數(shù)為3-5次。
利用上述本發(fā)明提供的方法制備得到的鐵氧化物或由上述方法制備得到的鐵氧化物與水組成的膠體溶液，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。其中，所述鐵氧化物的粒徑為8-12nm。另外，上述本發(fā)明提供的鐵氧化物或膠體溶液在吸附含砷化合物中的應(yīng)用以及含有該鐵氧化物或膠體溶液的砷吸附劑，亦屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。其中，所述含砷化合物中砷的價(jià)態(tài)為三價(jià)或五價(jià)；所述砷吸附劑為吸附砷的價(jià)態(tài)為三價(jià)或五價(jià)的含砷化合物；所述吸附步驟中，介質(zhì)為水，具體為污水；所述砷吸附劑的使用介質(zhì)為水，具體為污水。所述吸附步驟中，含有含砷化合物的體系的PH值為1-14，具體為2. 5-12。本發(fā)明以納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒作為吸附劑去除污水中不同價(jià)態(tài)(三價(jià)與五價(jià))的砷元素，達(dá)到凈化污水的目的。此砷吸附劑具有制備簡(jiǎn)單，吸附量大，吸附速度快，受水相環(huán)境影響小，易于回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，極其適合大規(guī)模水相砷污染的處理，極利于工業(yè)化應(yīng)用，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖I為實(shí)施例I制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒吸附劑的透射電鏡圖。圖2為使用磁鐵回收實(shí)施例I制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒的照片。圖3為實(shí)施例I制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒吸附劑的X射線衍射圖(XRD)。圖4為實(shí)施例I制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒吸附劑的磁滯曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。所述原材料如無(wú)特別說(shuō)明均能從公開(kāi)商業(yè)途徑而得。所述氨水的濃度均為質(zhì)量百分濃度。實(shí)施例I將2mmol的FeCl3與lmmol FeCl2加入30ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攪拌下,快速加入7. 5ml 25%的氨水，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次,所得產(chǎn)物收率為98. 4%。該產(chǎn)物的粒徑在8_12nm之間，附圖I為制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒的透射電鏡圖(TEM)，附圖2為使用磁場(chǎng)強(qiáng)度為O. 5T的永磁體回收制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒的照片，附圖3為制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒吸附劑的X射線衍射圖(XRD)，附圖4為制得的納米級(jí)磁性鐵氧化物顆粒吸附劑的磁滯曲線。由上可知，該產(chǎn)物結(jié)構(gòu)正確，為納米級(jí)磁性鐵氧化物。實(shí)施例2將IOmmol的FeCl3與5mmol FeCl2加入150ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攬拌下，快速加入38. 5ml 25%的氨水，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為98. 9%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。實(shí)施例3將20mmol的FeCl3與IOmmol FeCl2加入300ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攬拌下，快速加入77ml 25%的氨水，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為96. 8%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。實(shí)施例4
將50mmol的FeCl3與25mmol FeCl2加入750ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攬拌下，快速加入192. 5ml 25%的氨水，攪拌反應(yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為97. 4%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。實(shí)施例5將2. 2mmol的FeCl3與lmmol FeCl2加入30ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攪拌下，快速加入7. 5ml 25%的氨水，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為94. 2%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。實(shí)施例6將2. 4mmol的FeCl3與lmmol FeCl2加入30ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攪拌下，快速加入7. 5ml 25%的氨水，攪拌反應(yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去 離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為93. 1%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。 實(shí)施例7將20mmol的FeCl3與IOmmol FeCl2加入300ml的雙蒸水中，在IOOOrpm的攬拌下，快速加入77ml 25%的氨水，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20min，使用磁鐵將反應(yīng)產(chǎn)物吸附，與液相分離，用去離子水洗滌3次，所得產(chǎn)物收率為96. 8%，該產(chǎn)物的粒徑為8-12nm。實(shí)施例8將Immol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入100ml,pH值=4 9, As的初始濃度為IOOppm的NaH2AsO3溶液中，30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中三價(jià)砷的去除率高于99. 61%，剩余濃度低于O. 39ppm，符合國(guó)家廢水中上限為O. 5ppm的神含量排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例9將O. 5mmol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入100ml，pH值=4、，As的初始濃度為IOOppm的NaH2AsO3溶液中，30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中三價(jià)砷的去除率高于75. 51%，剩余濃度低于24. 49ppm。實(shí)施例10將O. 5mmol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入100ml，pH值=2. 5^7. O, As的初始濃度為IOOppm的NaH2AsO4溶液中，30°C, 175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后,溶液中三價(jià)砷的去除率高于97. 41%，剩余濃度低于2. 59ppm。實(shí)施例11將Immol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入100ml，pH值=2. 5^7. 0，As的初始濃度為IOOppm的NaH2AsO4溶液中，30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中三價(jià)砷的去除率高于99. 81%，剩余濃度低于O. 19ppm,符合國(guó)家廢水中上限為O. 5ppm的神含量排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例12分別將O. 5mmol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入分別含有50mmol/L的S042_，N03_，Cr的100ml，pH值=7. 5，As初始濃度為IOOppmNaH2AsO4溶液中，在30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中三價(jià)砷的濃度分別為18. Olppm, 17. 14ppm以及19. 44ppm。實(shí)施例13分別將O. 5mmol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入分別含有50mmol/L的S042_，N03_，Cr的100ml，pH值=3. 2，As初始濃度為IOOppmNaH2AsO4溶液中，在30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后,溶液中三價(jià)砷的濃度分別為O. IIppm, O. 04ppm以及O. 19ppm。
實(shí)施例14將Immol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入IOOml,總砷含量為110. 4ppm,原始pH值值為12.7，COD為1165mg/L來(lái)自某部隊(duì)的實(shí)際廢水中，在30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中砷的剩余濃度為33. 42ppm，去除率達(dá)66. 58%。實(shí)施例15將Immol實(shí)施例I制備所得吸附劑加入100ml，pH值調(diào)節(jié)為5.0，總砷含量為110. 4ppm, COD為1165mg/L來(lái)自某部隊(duì)的實(shí)際廢水中，在30°C，175rpm的震蕩條件下反應(yīng)60min后，溶液中砷的去除率達(dá)99. 64%，剩余濃度為O. 36ppm,符合國(guó)家廢水中上限為 O. 5ppm的砷含量排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制備鐵氧化物的方法，包括如下步驟將FeCl3、FeCl2與pH值突變劑于溶劑中混勻進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢得到所述鐵氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述FeCl3與FeCl2的投料摩爾比為2 2. 4:1; 所述pH值突變劑與FeCl2的用量比為6. 5 8ml Immol ； 所述溶劑的用量為使所述FeCl2的濃度為25 40mmOl/L ； 所述混勻步驟中，混勻方式為攪拌混勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述攪拌混勻中，轉(zhuǎn)速為500-2000rmp，優(yōu)選 IOOOrmp ； 所述反應(yīng)步驟中，溫度為室溫，時(shí)間為20-30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3任一所述的方法，其特征在于所述溶劑為水； 所述PH值突變劑為氨水； 所述氨水的質(zhì)量百分濃度為25-35%，優(yōu)選25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于所述制備鐵氧化物的方法還包括如下步驟在所述反應(yīng)完畢后，將所得產(chǎn)物用磁鐵吸附，使其與液相分離，再用水洗滌； 所述洗滌步驟中，水的用量為Immol所述FeCl2對(duì)應(yīng)10(Tl50ml所述水，洗滌次數(shù)為3_5次。
6.權(quán)利要求1-5任一所述方法制備得到的鐵氧化物或由權(quán)利要求1-5任一所述方法制備得到的鐵氧化物與水組成的膠體溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵氧化物或膠體溶液，其特征在于所述鐵氧化物的粒徑為8-12nm。
8.權(quán)利要求6或7所述鐵氧化物或膠體溶液在吸附含砷化合物中的應(yīng)用。
9.含有權(quán)利要求6或7所述鐵氧化物或膠體溶液的砷吸附劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用或權(quán)利要求9所述的砷吸附劑，其特征在于所述含砷化合物中砷的價(jià)態(tài)為三價(jià)或五價(jià)；所述砷吸附劑為吸附砷的價(jià)態(tài)為三價(jià)或五價(jià)的含砷化合物； 所述吸附步驟中，介質(zhì)為水，具體為污水； 所述砷吸附劑的使用介質(zhì)為水，具體為污水； 所述吸附步驟中，含有含砷化合物的體系的PH值為1-14，具體為2. 5-12。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種納米磁性鐵氧化物及其制備方法與應(yīng)用。該方法，包括如下步驟將FeCl3、FeCl2與pH值突變劑于溶劑中混勻進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完畢得到所述鐵氧化物。該方法以在常溫以及高速攪拌條件下，通過(guò)25%的氨水快速改變制備液的pH值的方法可以迅速制取本吸附劑。本發(fā)明提供的砷吸附劑，具有制備簡(jiǎn)單，成本低廉，吸附量大，吸附速度快，受水相環(huán)境影響小，易于回收等一系列利于工業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G49/02GK102674469SQ20121014113
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者劉錚, 盧滇楠, 林森 申請(qǐng)人:清華大學(xué)