[發(fā)明專利]具有高吸附能力的納米晶體Fe3O4微粒及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810228791.8
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN101445277A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申勇峰;唐堅;周芳;王沿東;左良
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;B01J20/06
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁 焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種具有高吸附能力的納米晶體Fe₃O₄微粒及制備方法。?

背景技術(shù)

作為水污染的主要污染源之一，有毒重金屬對人類生活及環(huán)境具有非常有害的影響。金屬的提取及分離，例如礦石的熔煉、采用Cr、Cd體系電鍍以及制備核燃料等過程均會因重金屬或其化合物通過沉積或離子交換進(jìn)入土壤、泥漿、水源而給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。有害重金屬不像有機(jī)污染物那樣能夠分解，因此要消除其對人類及環(huán)境的有害影響具有更大的挑戰(zhàn)性。因重金屬Hg污染環(huán)境而引起的水俁病就是典型的案例之一。在有毒性的重金屬中，Cr、Cu、Cd及Ni對環(huán)境的毒害最大。例如：在工業(yè)廢水中的Cr如果進(jìn)入人類的食物鏈會嚴(yán)重影響人們的生理而產(chǎn)生不適，直接與Cr接觸導(dǎo)致皮膚騷癢甚至肺癌。在冶金、制革、化工、礦冶、電池制造等行業(yè)的工業(yè)廢水中均含有一種或幾種上述的有毒金屬，而且其濃度高于允許排放標(biāo)準(zhǔn)。如果直接排放將污染環(huán)境，對水生物或人類產(chǎn)生不利影響。因此，這些廢水在循環(huán)利用之前必須凈化。迄今，廢水中的有害金屬通常經(jīng)過沉淀、蒸發(fā)、溶劑萃取、離子交換、反滲透、膜分離等方法脫除。其中，沉淀法需要消耗大量化學(xué)物品且產(chǎn)生廢渣，對這些廢渣的后續(xù)處理成本較高；通過蒸發(fā)法回收金屬而凈化廢水能耗很高；溶劑萃取或膜分離不能有效地處理稀溶液，且有機(jī)溶劑會部分溶解或夾雜進(jìn)入所處理的水中，這樣限制了該類方法的使用。?

與粗晶結(jié)構(gòu)材料相比，磁性納米材料具有許多不同于常規(guī)材料的獨特效應(yīng)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等，這些效應(yīng)使磁性納米粒子具有不同于常規(guī)材料的光、電、聲、熱、磁、敏感特性。因此使它們在諸如生物傳感器、藥物輸送、潤滑、太陽能電池等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，而這些用途與納米粒子的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。磁性納米Fe₃O₄粒子由于其極小的顆粒尺寸、生物兼容性及鐵磁特性在磁紀(jì)錄、顏料、光催化、磁感應(yīng)醫(yī)學(xué)治療(細(xì)胞分離、磁共振成像、視網(wǎng)膜切除、放射性治療、藥物定向輸送)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用或引起關(guān)注。磁性納米粒子的優(yōu)異性能源于其尺寸效應(yīng)或者較大的表面積，這說明通過控制納米材料的晶體結(jié)構(gòu)調(diào)整其性能非常重要。然而，迄今所制備的許多納米粒子的平均粒徑大約在120～180nm之間，大于單個細(xì)胞所占據(jù)的空間(～50nm)。因此，如何通過調(diào)整工藝制備尺寸分布范圍窄的小粒徑磁性Fe₃O₄納米粒子具有重要意義，極富挑戰(zhàn)性。

湖南師范大學(xué)的李輝東等人(文獻(xiàn)1：Li?H.D.，Li?Z.，Liu?T.，Xiao?X.，Peng?Z.H.，Deng?L.，采用生物功能磁性材料吸附回收廢水中六價Cr的新技術(shù)，Bioresource?Technology?99，6271-6279(2008))所制備的具有聚乙烯醇包覆的Fe₃O₄粒子平均粒徑約為20nm，這種微粒對廢水中的有毒金屬離子Cr(VI)具有選擇性吸收作用，然而其飽和吸附容量僅為5.79mg/g。?

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種具有高吸附能力的納米晶體Fe₃O₄微粒及制備方法。?

本發(fā)明的具有高吸附能力的納米晶體Fe₃O₄微粒的微觀結(jié)構(gòu)由等軸的納米晶粒組成，納米晶粒的粒徑為5～100nm；平均粒徑為8～25nm；飽和磁化強度Ms＝6.7～7.2×10^-3A/m，與塊體Fe₃O₄的飽和磁化強度7.4×10^-3A/m接近。?

本發(fā)明的具有高吸附能力的納米晶體Fe₃O₄微粒的制備方法為：?