[發明專利]一種磁性四氧化三鐵納米粒子及其等離子體改性方法和應用

有效

• 申請號: 201710652522.3
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107511132B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 段升霞;劉霞;李家星
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;G21F9/12
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 郎海云

本發明提供一種磁性四氧化三鐵納米粒子及其等離子體改性方法和應用。本發明磁性Fe₃O₄納米粒子制備方便，成分簡單，且材料無毒、惰性。采用低溫等離子體技術改性磁性Fe₃O₄無機納米材料，此種改性方法簡單，方便，無污染。還涉及該改性的磁性納米吸附材料在去除水體中放射性核素鈾的應用，其吸附性能得到很大提升。本發明磁性Fe₃O₄納米粒子的制備方法以及改性方法簡單、材料純度高、吸附快速且高效、適用范圍廣、無殘留、無毒副作用，易于分離等優勢，有望在環境工程領域得到廣泛應用。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，尤其涉及一種磁性四氧化三鐵納米粒子。

背景技術

隨著當今世界日益嚴重的能源危機，核能科技因其成本低，安全可靠，得到了迅速發展。核技術不僅在能源方面促進了經濟發展，得到良好的社會效益，更廣泛地應用于國民經濟的各個領域，如軍事，工業，農業，醫學，地質，考古等，大大促進了經濟建設的快速發展和提高了國家的軍事安全的地位。然而，在核科技帶來巨大的經濟效益和社會效益的同時，也會產生大量的核廢料。未經有效處理的含鈾廢水具有輻射性以及化學毒性會給環境和人類健康帶來危害。核燃料循環過程中產生的放射性廢液的顯著特點是濃度低、體積大，海水中鈾的總量雖然可觀，但海水中鈾的濃度同樣非常低（約3.3μg/L）。因此無論是從環境保護還是從能源安全的角度，對水體中的鈾進行有效分離富集都具有很重要的現實意義。

鈾的分離富集方法較多，主要包括溶劑萃取法、泡沫浮選法、液膜富集法、蒸發濃縮法、沉淀法和吸附法等。在這些方法中，吸附法因具有成本低廉、工藝簡單及適用性廣等優點而被廣為采用。吸附法研究的重點是開發高效吸附劑，使其具備吸附容量高，吸附速率快，吸附選擇性好，以及機械與化學性能穩定等優點。在所有吸附劑中，活性炭是最常用的一類吸附劑，在對鈾進行吸附處理的過程中主要是利用活性炭較大的比表面對鈾進行有效的物理吸附。但活性炭生產成本較高，難以再生，處理費用昂貴，這限制其在含鈾廢水處理中的大規模應用。近年來，隨著納米科學的快速發展，以Fe₃O₄為首的磁性納米顆粒由于其較大的比表面積，低擴散阻力，優良的吸附性能以及便捷的磁分離性能等優點而倍受矚目，為放射性核素離子的吸附提供了更好的動力，克服了傳統吸附劑成本高，存在擴散限制，回收困難，二次污染等問題，在放射性核素水處理領域顯示出廣泛的應用前景。然而未經改性的Fe₃O₄由于其各向異性偶極吸引力仍存在一些不足，比如，易團聚，吸附能力低等缺點，限制了其在環境領域中的應用。Zhao等[ChemicalEngineeringJournal，2014,235,275-283]利用偕胺肟修飾的Fe₃O₄@SiO₂微球去除溶液中的鈾，其最大吸附量為105.0mg/g。與活性炭相比，Fe₃O₄納米粒子具有成本低、再生簡單等特點。