[发明专利]一种核壳磁性介孔二氧化硅材料与利用铁尾矿制备该材料的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种核壳磁性介孔二氧化硅材料与利用铁尾矿制备该材料的方法及其应用。方法包括如下步骤：S1、强酸处理铁尾矿得到为含铁离子溶液和酸不溶渣；S2、将含铁离子溶液通过溶剂热法合成出Fe₃O₄微球；S3、利用不溶渣得到含硅酸根离子的水热碱滤液；S4、在步骤S2得到的Fe₃O₄微球表面包覆一层非晶态二氧化硅，即得到Fe₃O₄@nSiO₂微球；S5、继续在Fe₃O₄@nSiO₂微球表面沉积一层二氧化硅；煅烧得到产品。本发明以铁尾矿为原料制备的核壳磁性介孔二氧化硅材料具有以磁性氧化铁为内核，致密二氧化硅和介孔二氧化硅为两层外壳的核壳结构，比表面积较大、对刚果红染料具有高效吸附作用。

技术领域

本发明涉及尾矿利用技术领域，尤其涉及一种核壳磁性介孔二氧化硅材料与利用铁尾矿制备该材料的方法及其应用。

背景技术

近年来，研究学者们发现Fe₃O₄材料的铁源可从一些含铁的固体废弃物中获得。中国专利(CN 102583576 A)报道了一种利用铁尾矿为Fe³⁺源、硫酸亚铁为Fe²⁺源和表面活性剂为原料通过共沉淀法合成Fe₃O₄材料的方法。同时，研究学者们发现介孔二氧化硅材料的硅源也可从一些含硅的固体废弃物中获得。中国专利(CN 109796021 A)报道了一种利用铁尾矿为硅源，和锌盐通过水热的方法合成出介孔硅酸锌材料。铁尾矿是铁矿石选矿作业的副产物，中国铁尾矿年总产生量约为5.2亿吨，占尾矿总产生量的40.9％，且累计已高达50亿吨。其中只有20％的铁尾矿被再次利用，其他则大量堆存于尾矿坝内。这些大量堆存的铁尾矿不仅污染环境、占用土地，还存在溃坝、崩塌等安全隐患，从而严重威胁着人类的生产生活。因此，铁尾矿的减量、再利用和回收是迫切需要解决的问题。铁尾矿化学组成由二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等组成。而研究学者们目前对铁尾矿的再利用大多集中于整个组分的应用、独立的二氧化硅组分或独立的氧化铁组成的应用，很少有研究将氧化铁和二氧化硅一起做应用。目前报道的核壳磁性介孔二氧化硅材料制备多涉及价格较高的铁源(如六水三氯化铁，四水氯化亚铁、九水硝酸铁和乙酰丙酮铁等)和硅源(如正硅酸乙酯(TEOS)和正烷氧基硅烷等)、不环保的化学试剂(如表面活性剂)使用，因此研究低成本且采用环保原料的方式制备核壳磁性介孔二氧化硅材料是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种核壳磁性介孔二氧化硅材料与利用铁尾矿制备该材料的方法及其应用。

本发明的一种利用铁尾矿制备核壳磁性介孔二氧化硅材料的方法，包括如下步骤：

S1、利用强酸将铁尾矿中含量较高的氧化铁转化为含铁离子的溶液和含大量二氧化硅的不溶渣；

S2、将步骤S1得到的含铁离子的溶液作为铁前驱体，通过溶剂热法合成出Fe₃O₄微球；

S3、将步骤S1得到的不溶渣中通过水热碱反应将其中的二氧化硅转化为硅酸根离子，得到含硅酸根离子的水热碱滤液；

S4、在去离子水-无水乙醇体系下加入步骤S3得到的含硅酸根离子的水热碱滤液通过水解反应在步骤S2得到的Fe₃O₄微球表面包覆一层非晶态二氧化硅，即得到Fe₃O₄@nSiO₂微球；