[发明专利]一种磁性核壳型多孔硅酸钙材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性核壳型多孔硅酸钙材料及其制备方法。本发明以乙醛为还原剂，乙二醇为溶剂，聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮配合使用作为模板剂和分散剂，在乙酸根参与下，三价铁盐还原得到粒径均匀、颗粒完整的球形四氧化三铁；然后再将获得的球形四氧化三铁直接分散在无水乙醇中，以硅酸盐与钙盐为原料在四氧化三铁颗粒表面原位合成并直接包覆多孔硅酸钙；最后通过超声波分散和机械搅拌使颗粒表面包覆不稳定和过厚的硅酸钙脱离颗粒表面，获得硅酸钙包覆均匀且稳定的核壳型多孔硅酸钙材料(Fe₃O₄@CaSiO₃)。本发明克服了多孔硅酸钙吸附重金属后分离较繁琐，不能连续操作的问题，可实现吸附、分离连续化操作，便于工业化应用与推广。

技术领域

本发明涉及重金属废水处理领域，尤其是涉及一种磁性核壳型多孔硅酸钙材料及其制备方法。

背景技术

许多工业，如纺织、采矿、冶炼、油漆、电镀、铅工业、肥料、机械加工和电池制造业，产生大量含有各种不同重金属的废水，如汞、镉、铬、铅、砷等，这些重金属由于微量即可产生显著毒性效应、不可生物降解、以通过食物链积累到人体产生累积性中毒，且具有长期性、隐蔽性等特点，已严重危害人体健康，破坏水生态系统，使农业和渔业减产等，造成的经济损失巨大，成为制约国际社会和我国经济、社会发展和民生改善的重大问题。针对重金属污染，迄今已研发了多种水处理方法，如传统化学沉淀法、螯合絮凝法、铁氧体法、离子交换法、浮选法、膜过滤方法、电化学方法、吸附法和生物法等，这些方法都存在一些缺点和不足，主要表现在以下几个方面：(1)有些处理效果达不到要求，如采用碱或硫化物沉淀的传统化学沉淀法，处理水难以达标，而且产生的沉淀物易随环境的pH改变重新释放重金属离子而造成二次污染；(2)有些处理成本较高，如强化超滤法、电渗析法、螯合絮凝法、离子交换法等；(3)有些工艺复杂、操作繁琐且控制难度较大，处理成本相对较高，如铁氧体法、强化超滤法和浮选法；(4)有些对废水的适应性较差，如铁氧体法，强化超滤法、生物法、电解法；(5)有些设备初始投资大，运行维护费用较高，如离子交换法、反渗透、电渗析法和浮选法。因此，这些方法都未能在实际重金属废水处理中普遍推广应用。与上述处理方法比较，吸附法是通过具有比表面积大的固体物质的剩余力场或活性基团与重金属离子产生较强的作用力而使之与重金属废水主体分离，因此，符合吸附条件的材料多，来源广泛，如天然沸石、海泡石、高岭土、膨润土、蛭石、凹凸棒、活性炭、农林废弃物、粉煤灰、活性污泥灰等。这些天然吸附材料普遍存在吸附容量偏低，用量大，对重金属的去除效率不够高，如未经有效脱附处理还易产生大量含重金属的固体危险废弃物。因此，有必要大力开展合成吸附材料的研发，提高吸附材料的可设计性、合成过程的可控性和性能的可预期性，克服天然吸附材料的缺陷，提高材料的吸附性能。