[發(fā)明專利]一種磁性核殼納米復(fù)合吸附劑的制備與應(yīng)用方法

在審

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• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107096494A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊文;丁鴻;趙燕凌;丁傳敏;張冰;謝鮮梅
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/30;B01J20/28;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種磁性核殼納米復(fù)合吸附劑的制備與應(yīng)用方法屬于水處理技術(shù)及吸附劑的制備與應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種磁性核殼Fe₃O₄@SiO₂@CeO₂納米復(fù)合吸附劑及該磁性核殼納米復(fù)合吸附劑的制備方法，還涉及該磁性核殼納米復(fù)合吸附劑在水處理中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，由于人們不規(guī)范的生產(chǎn)措施和不合理的生活習(xí)慣，大量含有磷酸鹽的工業(yè)廢水和生活污水被排放進(jìn)入江河湖泊，造成水體的富營養(yǎng)化污染，引起水中藻類和其他浮游生物的過量繁殖，導(dǎo)致水中溶解氧濃度急劇降低，水質(zhì)不斷惡化，魚類及其它水生生物大量死亡，不僅嚴(yán)重破壞了水體的生態(tài)平衡，還會影響城鎮(zhèn)供水水質(zhì)并增加制水成本，威脅人們的飲水安全和身體健康。因此，廢水中磷酸鹽的去除越來越受到人們的重視。

水中磷酸鹽傳統(tǒng)的處理工藝主要有化學(xué)沉淀法、結(jié)晶法、生物法、電解法和吸附法等。與其它工藝相比，吸附法具有工藝簡單、效果穩(wěn)定、去除效率高、處理成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以避免二次污染并能有效回收磷資源，既能夠作為生物法除磷的必要補(bǔ)充，也可以單獨(dú)用于去除各種濃度的含磷廢水。因而，吸附法已經(jīng)成為含磷廢水處理領(lǐng)域備受關(guān)注的處理技術(shù)。

吸附法除磷的關(guān)鍵在于選擇高性能的吸附劑，而這樣的吸附劑應(yīng)當(dāng)滿足吸附容量高、吸附速度快、抗干擾能力強(qiáng)、選擇性好以及再生容易、可循環(huán)使用等要求。在各種吸附材料中，氧化鈰作為一種來源廣、價格低的稀土氧化物，以其良好的酸堿抗性、較高的比表面積和優(yōu)異的吸附能力被廣泛應(yīng)用于吸附水中多種有害陰離子。但是氧化鈰和多數(shù)吸附材料一樣，其納米粉體存在吸附后固液分離困難的問題，限制了吸附劑的回收再生和循環(huán)使用。

針對上述問題，常用的解決方案是對納米粉體進(jìn)行造粒，但會導(dǎo)致吸附劑比表面積的減小和吸附容量的降低。近年來，磁分離技術(shù)已被應(yīng)用到水處理行業(yè)中，這項(xiàng)技術(shù)通過借助外部磁場力作用能夠?qū)⒉煌判晕镔|(zhì)從水中快速分離，具有固液分離效率高、處理量大、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。Fe₃O₄@SiO₂納米顆粒是一種具有穩(wěn)定磁性和分散性的磁性材料，其顆粒表面容易進(jìn)行改性和修飾，本發(fā)明通過合成Fe₃O₄@SiO₂納米顆粒，并在其顆粒表面負(fù)載一層具有介孔結(jié)構(gòu)的氧化鈰層，制備出一種具有較高比表面積和優(yōu)異吸附能力的新型磁性納米復(fù)合吸附劑，有效解決了吸附劑固液分離困難的問題，再生后的吸附劑可以重復(fù)循環(huán)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一種磁性核殼納米復(fù)合吸附劑的制備與應(yīng)用方法為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)難以解決的問題，本發(fā)明的首要目的是提供一種具有高吸附性能的磁性核殼Fe₃O₄@SiO₂@CeO₂納米復(fù)合吸附劑的制備方法。本發(fā)明的另一目的在于提供所述磁性核殼納米復(fù)合吸附劑在去除水中磷酸鹽中的應(yīng)用方法。

本發(fā)明一種磁性核殼納米復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于是：首先采用“共沉淀法”制備具有超順磁性的Fe₃O₄納米顆粒，并用檸檬酸鈉改性以提高納米顆粒的分散性；再采用“兩相法”在Fe₃O₄納米顆粒表面包覆二氧化硅層，合成磁性核殼Fe₃O₄@SiO₂納米顆粒，利用二氧化硅層穩(wěn)定Fe₃O₄納米顆粒并提供一個容易修飾的活性表面；然后以Fe₃O₄@SiO₂納米顆粒為載體，以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為模板劑，在Fe₃O₄@SiO₂納米顆粒表面負(fù)載氧化鈰層；最后用丙酮洗去模板劑CTAB，得到具有介孔氧化鈰層的磁性核殼Fe₃O₄@SiO₂@CeO₂納米復(fù)合吸附劑，其具體制備步驟如下：