[发明专利]一种网状多孔结构的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水处理领域，具体涉及一种网状多孔结构的复合材料及其制备方法和应用。本发明以黄铁矿为原料，通过控制氧气与氮气通入比例、升温速率、煅烧温度、煅烧时间等参数，一步直接合成网状多孔结构的FeS₂/α‑Fe₂O₃复合材料，该复合材料对五价锑的最大吸附容量可达300mg g^‑1以上。该材料具有五价锑吸附性能优异和易于大规模制备等优点，而且材料制备方法简单、成本低，对于有效解决水体中的五价锑污染具有重要意义。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种五价锑吸附材料网状多孔结构的复合材料及其制备和应用。

背景技术

锑是一种很重要的有色金属，锑及其化合物广泛应用于搪瓷、橡胶、陶瓷、半导体、颜料、塑料、医药、玻璃、油漆、电池、阻燃剂及合金等领域。重金属锑对生物和人体具有毒性和致癌性，可导致皮肤、肝、心血管系统和呼吸系统方面的疾病，同时锑中毒具有长期潜伏的特点。锑在水中的存在形式有五价和三价两种价态，水中的三价锑容易去除，但是五价锑的电负性比较大，在水中的溶解度较高，较难去除。地表水中的锑主要是以五价形式存在，其中三价锑的浓度较低。锑及其化合物被多个国家(美国、日本和中国等)列为饮用水中的优先控制污染物，最大允许浓度为2-10μg L^-1(美国6μg L^-1；日本2μg L^-1；中国10μg L^-1)。如何高效去除水环境中的锑已经成为环境领域亟需解决的关键问题之一。

黄铁矿(FeS₂)是地壳中分布最广的硫化物，在有色金属矿采选冶过程中常以废弃尾渣的形式存在。围绕黄铁矿作为吸附剂在环境领域的应用，国内外开展了大量研究。研究发现，由于黄铁矿表面的S原子以不饱和配位存在，黄铁矿可吸附水溶液中的多种重金属离子。但是，天然黄铁矿存在比表面积小、吸附位点单一的缺点，对重金属离子的吸附容量有限。研究表明以黄铁矿为原料改性合成的FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料能够有效解决天然黄铁矿在吸附上的缺点，FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料具有更大的比表面积，具有S和O双重吸附位点，吸附键合更加稳定。因此，FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料具有的潜在吸附能力为其有效去除水体中的污染物提供了机遇，目前关于这方面研究报道甚少。

水体锑污染治理的主要技术有吸附法、氧化还原法、混凝沉淀法和离子交换法等。其中吸附具有易操作、适用性强、效率高和速度快等优点，是水环境中锑污染治理的重要技术。常用的吸附材料有氧化锰、氧化锆、氧化铁、活性炭等。虽然这些材料能够应用于水环境中锑及其化合物的去除，但由于吸附容量、经济效益等方面难以满足实际需求，实际应用受到限制。为了克服现有吸附材料的不足，本发明以廉价的黄铁矿为原料，通过煅烧一步合成高活性的FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料。本发明提出的FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料对五价锑具有多重吸附位点，比其它吸附剂具有更高的五价锑吸附容量，并且具有较宽的pH适用范围，表现出优异的吸附性能，能够有效去除水体中的五价锑。

发明内容

本发明提供一种网状多孔结构的FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料及其制备和应用方法。通过本发明方法制备的FeS₂/α-Fe₂O₃复合材料具有大量不饱和配位S原子、大比表面积、稳定性高等特点，能够有效吸附水溶液中的五价锑，对工业废水及环境水五价锑污染治理具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：