[發(fā)明專利]一種海膽狀鐵/錳二元納米除鎘材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310685981.3
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103691389A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭煜銘;尹君;鐘鷺斌;程曉夏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C01G49/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海膽狀鐵/錳二元納米除鎘材料及其制備方法，屬于環(huán)境材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎘易積存并損害肝、腎臟，對腎臟損害最為明顯，還可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和軟化，嚴重威脅人體健康。隨著科技的進步和工業(yè)的發(fā)展，許多行業(yè)（如冶煉、電鍍、顏料、電池、采礦、核工業(yè)等）產(chǎn)生大量含有重金屬鎘的廢水。未經(jīng)適當(dāng)處理的含鎘廢水排放，導(dǎo)致使鎘污染事件頻發(fā)。如，20世紀中葉發(fā)生在日本的痛痛病事件，起因是富士縣神通川河水受到鎘的污染，導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐用矜k中毒，造成數(shù)百人死亡；2009年，湖南省瀏陽市鎮(zhèn)頭鎮(zhèn)雙橋村鎘污染事件，導(dǎo)致附近居民5人死亡，17.6%的人群尿鎘超標；2012年，發(fā)生在廣西省河池市龍江河段的鎘污染事件，使得大量魚類死亡，下游居民的飲用水安全也遭到嚴重威脅。因此，含鎘水與廢水的處理是當(dāng)務(wù)之急，也是當(dāng)前環(huán)境研究領(lǐng)域的難點之一。

目前，水環(huán)境中鎘去除的主要方法有化學(xué)沉淀（如共沉淀、置換沉淀）、離子交換、溶劑萃取、膜分離以及吸附等方法。吸附法因其高效、低成本，是目前水體中鎘去除的優(yōu)選方法。吸附劑是吸附法的核心，因此，高效鎘吸附劑的制備至關(guān)重要?，F(xiàn)有吸附劑存在吸附容量低、選擇性低或制備成本高等不足，如Bystrzejewski?M.?等人（2009,?Carbon）所制備的碳包覆磁性納米微粒，其最大吸附容量只有1.77?mg/g?（投加量為5.0?g/L，初始濃度C_i?=?20?mg/L），Wang?T.?等人（2013,?Journal?of?Hazardous?Materials）所制備的碳納米管，則需要在130?℃的條件下，加熱72?h，能耗較大。鐵氧化物以很多形式存在于自然界中，其價格低廉，分布廣泛，對多種重金屬具有較好的去除效果。納米粒子由于其超高的比表面積，因此某些納米材料對特定污染物具有高的吸附容量和快的吸附動力學(xué)。

本發(fā)明通過加熱和pH調(diào)控，將鐵鹽溶液和錳鹽溶液按特定比例混合，制備出具有較高比表面積的納米級海膽狀鐵/錳二元氧化物，該氧化物可實現(xiàn)對水中二價鎘Cd（Ⅱ）的高效吸附去除。該新型納米吸附劑原材料來源廣泛、價格低廉、制備方法簡單、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好，在水中鎘的吸附去除方面具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有鎘吸附劑的不足，本發(fā)明提供了一種具有吸附動力學(xué)快、吸附容量高、吸附pH適用范圍廣等優(yōu)點的海膽狀鐵/錳二元納米除鎘材料及其制備方法。該發(fā)明是在加熱和pH調(diào)控下，將鐵溶液和錳溶液混合，制備出具有高比表面積的海膽狀鐵/錳二元納米氧化物。其具體制備方法如下：

1)??將0.2-26.0?g鐵鹽和0.1-25.0?g錳鹽分別溶解于0.2-20.0?L的去離子水中；然后，在強烈攪拌條件下，將鐵溶液緩慢加入到錳溶液中，持續(xù)反應(yīng)0.2-3.0?小時；

2)??在緩慢攪拌的條件下，將步驟1）所制溶液加熱至沸騰，之后向溶液中緩慢加入堿，反應(yīng)0.1-3.0?小時后停止加熱和攪拌，冷卻至室溫；

3)??將上述步驟2）所制溶液的上清液倒去，用去離子水清洗數(shù)次，干燥備用。

本發(fā)明的原理及方法：本發(fā)明以鐵鹽溶液和錳鹽溶液為原材料，通過加熱和pH調(diào)控，制備出高比表面積的海膽狀鐵/錳二元納米氧化物。本發(fā)明主要優(yōu)點如下：

1)??本發(fā)明以鐵鹽和錳鹽為原材料，僅需加熱和酸堿調(diào)控，成本低，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境友好；

2)??本發(fā)明材料制備簡單，所制備材料比表面積大、沉淀速度快；

3)??本發(fā)明所制備的海膽狀鐵/錳二元納米氧化物對鎘具有吸附動力學(xué)快、吸附容量高、吸附適用pH范圍廣等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為實施例一條件下，海膽狀鐵/錳二元納米氧化物掃描電子顯微鏡（SEM）圖。

圖2為實施例一條件下，海膽狀鐵/錳二元納米氧化物的掃描電子顯微鏡能譜圖（EDS）。

圖3為實施例一條件下，海膽狀鐵/錳二元納米氧化物對二價鎘（Ⅱ）的吸附動力學(xué)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進一步闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所述實施例僅用于示例，而不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。

實施例一：

1)??分別將12.6?g硫酸亞鐵（FeSO₄·7H₂O）和1.2?g高錳酸鉀（KMnO₄）各溶解于100?mL去離子水中，在攪拌條件下，將硫酸亞鐵溶液緩慢加入到高錳酸鉀溶液中，繼續(xù)攪拌2.0小時，整個實驗過程均在室溫下進行；