專利名稱：Fe₃O₄/Ag磁性核殼納米材料處理含鉛廢水的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，采用磁性納米材料作為固定化載體，以天然有機物沒食子酸作為活性成分，借助于Ag離子的還原過程，將沒食子酸修飾到磁性納米材料的表面，吸附廢水中的重金屬鉛離子。適用于處理含有鉛離子的廢水。
背景技術(shù)：
我國是世界第三大礦業(yè)大國，現(xiàn)有各類礦山4000多個，礦產(chǎn)資源的開采、冶煉和加工對生態(tài)和環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞和污染。據(jù)估計 我國直接污染的土壤面積至少有200萬公頃以上，海洋等水資源污染更加惡劣，加之其它行業(yè)的重金屬排放，我國的重金屬污染已經(jīng)到了嚴(yán)重影響人們身體健康和環(huán)境安全的程度。鉛對全身各系統(tǒng)和器官均有毒性作用。它可抑制體內(nèi)血紅素合成過程中的許多酶，并使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到嚴(yán)重的損害，還會對神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、酶系統(tǒng)等產(chǎn)生毒性作用。兒童、妊娠婦女和老年人是最易感的基本人群。在當(dāng)今眾多危害人體健康和兒童智力的“罪魁”中，鉛是危害不小的一位。鉛污染最可怕的危害在于其一旦進(jìn)入水體或土壤，就難以去除甚至造成永久性污染，可能造成對未來幾代人的影響。環(huán)境中的鉛不僅可以通過飼料、飲水等途徑進(jìn)入動物體內(nèi)，從而殘留于牛奶、肌肉等動物性食品中，還會通過水、空氣等傳播介質(zhì)殘留于蔬菜、水果等植物性食品中。同時每年由于耕地、土壤和水資源的污染導(dǎo)致的糧食污染有千萬噸以上，造成了嚴(yán)重的食品安全問題。近年來，對磁性納米顆粒的研究在各個學(xué)科領(lǐng)域都引起了人們的廣泛興趣，因為它具有諸多不同于普通體相材料的特殊磁性質(zhì)，例如，超順磁性、高矯頑力、低居里溫度等，這主要是因為小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)決定的。Fe3O4是非常重要的磁性材料，因為它制備容易且磁性優(yōu)異，在很多領(lǐng)域都能得到良好的應(yīng)用。由于磁性納米顆粒尺寸很小，因此具有很高的表面能，往往容易團聚使顆粒的尺寸增大，影響自身的磁性質(zhì)。同時由于表面效應(yīng)的影響，表面原子數(shù)增多，使納米顆粒具有很高的化學(xué)活性，在空氣中容易氧化，導(dǎo)致其磁性降低。所以，在合成磁性納米顆粒的過程中或者合成之后，需要對顆粒進(jìn)行保護，避免團聚或氧化。通常使用的方法是包埋法，即通過形成殼核結(jié)構(gòu)對磁性納米顆粒進(jìn)行保護。這不僅防止了磁性納米顆粒的氧化和團聚，而且為磁性納米顆粒的進(jìn)一步功能化提供了可能。沒食子酸是一種天然多酚類化合物，和重金屬具有很強的絡(luò)合作用。通過沒食子酸還原Ag離子的過程，將沒食子酸的羥基基團引入到磁性納米材料的表面，通過沒食子酸吸附重金屬鉛，同時利用磁分離的特性實現(xiàn)鉛的分離。將該方法用于廢水中鉛離子的處理具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
I、發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于制備一種Fe3O4Ag磁性核殼納米材料，以此材料吸附處理含有重金屬鉛的廢水。所述磁性納米材料對鉛具有吸附率高，吸附后利用外加磁場迅速分離，脫附簡便，可以有效縮短吸附后的固液分離時間。2、技術(shù)方案本發(fā)明的目的在于制備一種Fe3O4Ag磁性核殼納米材料，并以此材料吸附處理含有重金屬鉛的廢水。主要技術(shù)方案如下Fe3O4Ag 磁性納米材料的制備稱 2. 72g 的 FeCl3 6H20 和 I. 87g FeSO4 7H20，溶解到稀鹽酸溶液中，攪拌使溶解均勻，過程中保持氮氣通入防止氧化。于25°C加入IOOmlO. 5mol/L的氨水進(jìn)行水解，20分鐘后將溶液升溫保持在80°C晶化I小時。利用外加磁場將反應(yīng)所得到的Fe3O4納米顆粒分離。將Fe3O4納米顆粒用去離子水稀釋，加入0. 02mol/L的氨水，調(diào)節(jié)pH = 8，加入0. 0lmol/L AgNO3攪拌均勻，保持30 V的反應(yīng)溫度，加入0. 0Imol/L的沒食子酸溶液反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后用磁鐵吸附下溶液中的顆粒，進(jìn)行水洗。制得的產(chǎn)物用外加磁場分離。
Fe3O4Ag磁性納米材料處理含鉛廢水用硝酸鉛配置20mg/L的模擬廢水溶液，取50ml模擬廢水溶液，pH = 4. 5-12，向其中加入40mg磁性納米材料，維持溶液溫度30°C，攪拌45min后,用磁鐵將納米材料吸附下來。Fe3O4Ag磁性納米材料的再生將吸附下來的納米材料集中起來用去離子水洗一遍后，加入IOOml飽和EDTA溶液，在40°C的條件下高速攪拌反應(yīng)I小時，完畢后去離子水洗3遍，可以再次投入使用。3、本發(fā)明的有益效果(I)本發(fā)明的Fe3O4Ag磁性納米材料對鉛的吸附效果好。本發(fā)明中，吸附材料為納米級，表面積大，吸附能力強，同時擴散阻力小，吸附過程平衡時間短。(2)本發(fā)明制備過程簡單，易于操作和控制。本發(fā)明中吸附后的磁性納米材料通過外加磁場進(jìn)行固液分離，整個過程快速、高效。(3)本發(fā)明的原料簡單易得。沒食子酸是植物中天然存在的一類多酚類物質(zhì)，來源廣，屬于可再生資源，鐵價格便宜，儲量高。(4)本發(fā)明可以實現(xiàn)資源的回收利用。吸附后的磁性納米材料可以經(jīng)再生后回用。
具體實施例方式I、Fe3O4Ag磁性納米材料的制備稱2. 72g的FeCl3 6H20和I. 87g FeSO4 7H20，溶解到稀鹽酸溶液中，攪拌使溶解均勻，過程中保持氮氣通入防止氧化。于25°C加入IOOmlO. 5mol/L氨水進(jìn)行水解,20分鐘后將溶液升溫至80°C晶化I小時。利用外加磁場將反應(yīng)所得到的Fe3O4納米顆粒分離。將Fe3O4納米顆粒用去離子水稀釋,加入0. 02mol/L的氨水,調(diào)節(jié)pH = 8,加入0. 01mol/L AgNO3攪拌均勻，保持30°C的反應(yīng)溫度，加入0. 01mol/L的沒食子酸溶液反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后用磁鐵吸附下溶液中的顆粒，進(jìn)行水洗。制得的產(chǎn)物用外加磁場分離。2、吸附過程取50ml鉛含量為20mg/L廢水溶液，pH = 4. 5-12,在其中加入40mg磁性納米材料，維持溶液溫度30 0C，攪拌45min后，用磁鐵將納米材料吸附下來。向吸附后的溶液中繼續(xù)加入40mg磁性納米材料，重復(fù)上述操作。檢測吸附后溶液中的鉛離子含量，計算單次去除率為94%，兩次吸附后總?cè)コ蔬_(dá)到99. 5%。
3、再生過程將吸附下來的納米材料集中起來用去離子水洗一遍后，加入IOOml飽和EDTA溶液，在40°C的條件下高速攪拌反應(yīng)I小時，完畢后去離子水洗3遍，可以再次投入使用。將 再生后的磁性納米材料重復(fù)使用，吸附率為90%。
權(quán)利要求
1.一種Fe3O4Ag磁性納米材料處理含鉛廢水的新工藝，其特征是采用在于稱2.72g的FeCl3 6H20和I. 87g FeSO4 7H20，溶解到稀鹽酸溶液中，攪拌使溶解均勻，過程中保持氮氣通入防止氧化。于25°C加入一定量的IOOmlO. 5mol/L氨水進(jìn)行水解,20分鐘后將溶液升溫保持一定溫度加熱晶化。利用外加磁場將反應(yīng)所得到的Fe3O4納米顆粒分離。
2.將Fe3O4納米顆粒用去離子水稀釋，加入0.OlmoVLAgNO3和0. 02mol/L的氨水?dāng)嚢杈鶆?，保?0°C的反應(yīng)溫度,加入0. 01mol/L的沒食子酸溶液反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后用磁鐵吸附下溶液中的顆粒，進(jìn)行水洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2制備出的Fe3O4Ag磁性納米結(jié)構(gòu)為在Fe3O4表面覆蓋了一層Ag，其平均粒徑約為15nm，沒食子酸基團被修飾到納米顆粒的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述磁性納米材料處理含鉛廢水的濃度范圍為2-1000mg/L。
5.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水的適宜pH為4.5-12。
6.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水時的磁性納米材料的吸附劑的用量為 0. 8-40g/L。
7.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水時的反應(yīng)溫度為30°C。
8.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水時的反應(yīng)時間為45分鐘。
9.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水后可用外加磁場進(jìn)行分離。
10.如權(quán)利要求4所述，磁性納米材料處理含鉛廢水達(dá)飽和后，用EDTA溶液進(jìn)行脫附再生，可以循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用Fe3O4/Ag磁性核殼納米材料處理含鉛廢水的新工藝，將FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O，溶解到稀鹽酸溶液中，攪拌使溶解均勻，過程中保持氮氣通入防止氧化。加入氨水進(jìn)行水解，20分鐘后將溶液升溫保持80℃晶化，利用外加磁場將反應(yīng)所得到的Fe3O4磁性納米顆粒分離。將制得的Fe3O4納米顆粒用去離子水稀釋，用氨水調(diào)節(jié)pH＝8，加入AgNO3，攪拌均勻，加入沒食子酸溶液進(jìn)行反應(yīng)，制得的產(chǎn)物用外加磁場分離。本發(fā)明采用磁性納米材料作為基體，利用沒食子酸作為功能基團對其進(jìn)行改性，利用該材料可以大量吸附溶液中的重金屬鉛離子，并可在外加磁場的作用下進(jìn)行分離，達(dá)到重金屬鉛離子的高效去除和廢水凈化的目的，去除率可達(dá)到99.5％。
文檔編號C02F1/62GK102716721SQ20121023750
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者蔣彩云 申請人:蔣彩云