[发明专利]一种聚苯乙烯基磁性纳米四氧化三铁除砷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附环境介质中微量A_S(V)污染物的高性能环境功能复合材料，尤其涉及一种聚苯乙烯为核、纳米四氧化三铁为壳的核壳除砷复合材料。

背景技术

纳米铁氧化合物Fe₃O₄因为对As的吸附能力强而在含砷废水处理中受到了广泛的重视。特别是四氧化三铁纳米颗粒由于具有磁性，在磁场下可以实现吸附剂的分离，已经有很多相关的研究工作。影响纳米铁氧化合物吸附砷容量的因素很多，其中粒径大小是一个非常关键的因素。降低颗粒尺寸，可以成百上千倍的提高吸附面积，增加在水溶液中的分散性。有工作评价了Fe₃O₄粒径对吸附砷容量的影响(C.T.Yavuz,et.al.Science314(2006)964.)发现当单分散Fe₃O₄粒径在25nm左右时，最大吸附容量为25mg/g左右，当降低Fe₃O₄粒径达到12nm时，最大吸附容量可以达到150mg/g以上。由此可以看出降低颗粒尺寸是提高吸附量的一个有效的办法。然而这些尺寸很小的吸附颗粒在用的时候可能会遇到问题，因为磁场对于颗粒的作用力与颗粒尺寸成正比，当颗粒尺寸太小时，不足以克服颗粒间的Brownian运动，磁分离就不能实现。或者需要很高的磁场来分离，这样会大大的提高成本。这样吸附剂在水溶液中稳定性和易于分离性成为了一个矛盾。开发一种吸附剂在提高纳米Fe₃O₄材料吸附砷的吸附容量的同时，又保证在水溶液中易于分离显得很重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚苯乙烯基磁性纳米四氧化三铁复合材料，该材料在保持固液分离性的同时提高磁性纳米铁氧颗粒吸附砷的吸附容量，达到对水中砷的高效去除。

本发明还要提供上述聚苯乙烯基磁性纳米四氧化三铁复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种聚苯乙烯基磁性纳米四氧化三铁除砷复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)聚苯乙烯小球的合成：在密封容器中，以水为反应溶剂，将苯乙烯单体和过硫酸钾混合，在惰性气体保护、70～85℃、搅拌条件下反应12～24h，得到聚苯乙烯小球；

(2)纳米级磁性Fe₃O₄的合成：在密封容器中，以水为反应溶剂，鼓泡通惰性气体除氧，然后加入FeSO₄.7H₂O和FeCl₃.6H₂O，搅拌条件下缓慢滴加氨水直到pH值至8，停止滴加，在25～40℃、搅拌条件下反应30～120min，最后将所得的产物磁分离，倾滤清洗数次，透析24～48h，所得的胶体为纳米级磁性Fe₃O₄；

(3)除砷复合材料的合成：将步骤(2)得到的纳米级磁性Fe₃O₄胶体超声处理后，在搅拌条件下，滴加至聚苯乙烯小球中，搅拌1～3h异相凝聚后，将所得的产物磁分离，倾滤清洗数次，即得。

步骤(1)中，过硫酸钾的加入质量为苯乙烯单体质量的0.12～0.5%。

步骤(1)中，搅拌速度为100～200rmp。

步骤(2)中，FeSO₄.7H₂O和FeCl₃.6H₂O的反应摩尔比为1：1～1.5。

步骤(2)中，搅拌速度是200～320rmp。

步骤(2)中，氨水的浓度为5～15mol/L。

步骤(2)中，鼓泡通惰性气体除氧的时间优选为30～60min。

步骤(1)和(2)中，所述的惰性气体优选氮气。

步骤(1)和(2)中，以水为反应溶剂，水的用量无特殊规定，只要足以溶解反应原料，提供一个液态的反应环境即可。

步骤(3)中，超声处理条件为功率70～100w，频率20～60KHZ，持续时间为3～20min。

步骤(3)中，聚苯乙烯小球与纳米级磁性Fe₃O₄胶体的质量比为1：0.1～0.2。

步骤(3)中，搅拌速度为300～500rmp。

上述方法制备得到的聚苯乙烯基磁性纳米四氧化三铁除砷复合材料也在本发明的保护范围之内。