[发明专利]一种核壳结构二硫化钼/四氧化三铁磁性纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构MoS₂/Fe₃O₄磁性纳米材料及其制备方法与应用。所述纳米材料为在Fe₃O₄纳米球表面原位生长MoS₂纳米片的核壳结构纳米材料，作为外壳的MoS₂纳米片具有更宽的层间距，内层的Fe₃O₄纳米球通过抑制MoS₂纳米片的团聚增强了吸附活性位点的暴露。本发明首次采用在Fe₃O₄纳米球表面原位生长MoS₂纳米片的方法来制备核壳结构的MoS₂/Fe₃O₄纳米材料，本发明提供的磁性纳米材料在吸附去除水中二价汞离子方面的应用中具有明显优势，其吸附速度快且材料用量少、吸附容量高、选择性好、pH适用范围广、易从水中分离且操作简单，同时在多种自然水体及工业废水中的应用效果好。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构二硫化钼/四氧化三铁磁性纳米材料及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

重金属污染因其高毒性、生物累积性和持久性，是人类面临的重要环境问题之一。作为一种自然界广泛存在的重金属，汞在常温下为液体，具有较高的毒性，可挥发至大气中并进行长距离传输，造成全球范围的污染和健康风险。自《关于汞的水俣公约》正式生效以来，许多国家出台针对汞排放的法律法规，旨在减少汞排放带来的环境污染以及人体健康风险。

地球上大部分的汞储存在富含金属的矿床和化石燃料中，伴随着自然和人为活动被释放到多种环境介质中，如废水直接排放、垃圾填埋和大气沉降等。由于汞在环境中不会分解或消失，这些新增人为源排放会与历史遗留总量一起在生物圈中循环并长期存在，造成水生和陆地生态系统的汞污染。

作为人类日常生产生活所必须接触的介质，水体是人为排放汞的重要“汇”，其中二价汞离子(Hg²⁺)是最常见的汞形态。长期暴露于低浓度的Hg²⁺会导致肾脏和肝脏器官损伤，一旦其经微生物或某些环境条件转化为有机物形式，如甲基汞(MeHg)，会产生更高的生物累积性和毒性，造成更严重的健康危害。

目前水体中二价汞的去除技术主要包括离子交换、膜分离、生物修复、吸附法和电化学处理等。其中，吸附法因成本低、操作简单、发展空间大，有望在规模化处理中实现应用。而对于污染物的吸附去除，高效吸附剂的构建通常是关键环节，特异性吸附和快速的动力学过程被视为吸附技术的核心部分。MoS₂作为一种类石墨烯的二维过渡金属材料，已被应用于吸附、光催化、膜分离等领域，其主要基于金属-硫络合和静电作用吸附重金属。相比于传统吸附剂，MoS₂含有丰富的S原子活性位点，对软酸重金属离子亲和力强，具有较高的理论吸附容量和选择性。然而，MoS₂层间距较小、层间易堆叠导致吸附位点被掩盖，同时易团聚流失难以回收。现有报道提出将Fe₃O₄纳米颗粒负载于MoS₂表面以改善其回收能力，但这不利于表面活性吸附位点的暴露，阻碍了Hg与S的充分接触，导致材料吸附容量有限以及选择性降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳结构MoS₂/Fe₃O₄磁性纳米材料，该纳米材料与传统材料相比，其纳米结构复合方式和结构尺寸均存在不同，本发明纳米材料以Fe₃O₄纳米球为内核，表面均匀生长MoS₂纳米片为外壳；本发明纳米材料在吸附汞离子时具有吸附速度快且材料用量少、吸附容量高、选择性好、pH适用范围广、易从水中分离且操作简单等优势，同时在多种自然水体及工业废水中的应用效果好，具有较高的实际应用价值。