[发明专利]一种核壳型磁性纳米材料及其制备方法与用途

说明书

本发明公开了一种核壳型纳米磁性材料的制备方法，包括以下步骤：制备纳米零价铁；将纳米零价铁置于水中制成悬浊液，加入高锰酸钾溶液并进行超声，反应后磁选分离，磁选出的固体为铁锰氧化物包覆纳米零价铁的所述核壳型纳米磁性材料。该材料中，被包覆的纳米零价铁可以长时间保持稳定不被氧化，且不同尺寸的纳米零价铁被铁锰氧化物包覆后的材料，该材料能有效去除水中重金属离子和有机污染物，使用后的材料还可以通过磁吸快速回收，通过氯化钾和/或氯化钠溶液浸泡、冲洗而脱附、洗净，得到重新利用。

技术领域

本发明涉及水体治理材料技术领域，尤其涉及一种能去除水中重金属污染物的纳米材料。

背景技术

目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。

在水污染修复技术中，吸附法因其操作简单、成本低，被认为是最有前途的修复技术。铁锰氧化物具有能吸附水中一些重金属离子的能力，但是单纯的铁锰氧化物无磁性，在水中使用后无法快速回收。纳米零价铁可以通过还原、吸附、沉淀的作用来去除水中的一些重金属离子，但是单独的纳米零价铁(NZVI)会被水中的氧气氧化，并且无法重复利用。

发明内容

为了解决单纯的铁锰氧化物或者单独的纳米零价铁在吸附水中重金属离子时存在的无法快速回收或无法重复利用的问题，本发明提出了一种铁锰氧化物包覆纳米零价铁的核壳型纳米磁性材料及其制备方法，本方案具体如下。

本发明首先提出一种核壳型纳米磁性材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1，获取纳米零价铁；

S2，将纳米零价铁置于5～40℃的水中制成悬浊液，加入高锰酸钾溶液，进行超声反应，然后磁选分离，磁选出的固体为铁锰氧化物包覆纳米零价铁的所述核壳型纳米磁性材料。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S1包括：在搅拌和无氧条件下，按照FeCl₃和NaBH₄的摩尔比为1：3～40的添加比例，将FeCl₃溶液加入到NaBH₄溶液中进行反应1～30min，反应后磁吸出固体，将该磁吸出的固体清洗后得到所述纳米零价铁。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S1中，所述FeCl₃溶液和所述NaBH₄溶液，所使用的溶剂均为超纯水，所得纳米零价铁的粒径为100nm，记为NZVI100。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S1中，所述FeCl₃溶液和所述NaBH₄溶液，所使用的溶剂均为20％乙醇溶液，所得纳米零价铁的粒径为50nm，记为NZVI50。步骤S2中，在将纳米零价铁置于5～40℃的水中制成悬浊液后，先加入三价铝盐溶液，再加入高锰酸钾溶液；其中，所加入的三价铝盐中的三价铝和所加入的纳米零价铁的摩尔比为1：1～40。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S1中，所述FeCl₃溶液和所述NaBH₄溶液，所使用的溶剂均为50％乙醇溶液，所得纳米零价铁的粒径为20nm，记为NZVI20。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S2中，在加入高锰酸钾溶液之后，还加入二价锰盐溶液共同进行超声反应来提升所述核壳型纳米磁性材料的Mn/Fe质量比；其中，所加入的二价锰盐溶液中的二价锰和所加入的纳米零价铁的摩尔比为1：0.5～40。

作为该核壳型纳米磁性材料的制备方法的进一步改进，步骤S2中，所加入的纳米零价铁和高锰酸钾的摩尔比为1：0.1～3。