[發明專利]Fe3O4摻雜蒙脫土復合材料及其應用

在審

• 申請號: 201810589753.9
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108786716A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 姜秀榕;吳鵬;肖雙煌
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開了Fe₃O₄摻雜蒙脫土復合材料及其應用，以脲、九水合硝酸鐵、蒙脫土為原料，采用熱分解法制備了摻雜不同含量蒙脫土的四氧化三鐵的復合材料。用X射線衍射儀（XRD）、傅立葉變換紅外光譜儀（IR）及比表面測定儀對樣品進行表征，以Pb2+為研究對象，研究了Fe₃O₄摻雜蒙脫土復合材料在水處理中的應用。結果表明：當脲：九水合硝酸鐵：蒙脫土質量比為1:1:1摻雜復合時制備的復合材料較蒙脫土和純四氧化三鐵對Pb²⁺有最強的吸附能力。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種Fe₃O₄摻雜蒙脫土復合材料及其應用。

背景技術

近幾年來，人們對于水的需求量迅速增長，人類對于淡水資源的消耗量增加了幾倍，雖然眾多國家和地區提倡節約用水，但是這種趨勢依舊無法阻止。因為工業及生活產生的大量廢水沒能加以處理，導致水無法循環利用，造成水資源污染，水污染嚴重影響了水生態系統的功能、結構和水資源利用。通過各種方式進入水體的污染物，其重金屬含量超出一定的數值，則會造成水體的污染。水體中的重金屬對環境的污染尤為嚴重，不僅在經濟上會造成一定的損失，而且重金屬難以被微生物降解，重金屬一旦進入水體或土壤，即可造成永久性的污染，對人類和其他生物的健康和生存也存在著威脅。重金屬在水中被水生生物富集或者由土壤中的植物吸收，通過食物鏈，重金屬最終在人類體內積累，導致患病。曾經震驚全球的日本“骨痛病”和“水俁病”便是分別食用了含鎘污水灌溉的“鎘米”及含有甲基汞的魚所致。因此，許多國家高度重視對含重金屬污染物的處理實施，一些歐美國家曾堅持實行重金屬的零排放。

目前，國內用于處理含重金屬廢水的方法基本采用由日本提供的處理工藝，它主要是由硫化處理、石膏中和、鐵鹽氧化三個工序組合而成。該組合工藝處理后使水達到排放標準，但是該工藝為保證重金屬的去除效果，在處理過程中加入過量的硫化物會在酸性條件下產生硫化氫氣體，而硫化氫是對人體有害的劇毒氣體，此外，處理生成的重金屬硫化物極其細微,污泥的顆粒細膩，不易脫水。污泥中含有大量的銅，砷等重金屬離子，如果沒有及時處理,則污泥廢渣會滲濾再次使重金屬滲入地下水體中，引起二次污染。另外，原材料和廢渣量很大，存在物料輸送困難，石灰石預處理設備龐大，占地面積大等問題。

蒙脫土的結構式為(Al,Mg)₂〔SiO₁₀〕(OH)₂·n H₂O，圖1為蒙脫土結構示意圖，其中Al₂O₃和SiO₂占其成分的的絕大部分，蒙脫土具有特殊的層狀結構，層和層之間由氧原子相連接，這使得它的結構非常穩定。蒙脫土層間有水合作用，讓蒙脫土存在于水中時，可以穩定的分散開來，而使之具有吸水性。蒙脫土具有膨脹性是由于蒙脫土層間存在Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺可交換性陽離子，能吸附金屬陽離子，它們以水合陽離子的形式存在。蒙脫土具有很大的表面積、體積膨脹性、離子交換性和良好的吸附性，可以通過有機及無機改性使蒙脫土具有許多其他吸附劑沒有的獨特性能。蒙脫土已被廣泛應用于污水處理和制備納米復合材料等多種領域。

四氧化三鐵具有對各種無機離子和有機物的吸附能力，對不同物質有不同的吸附能力，可用于去除水體有機污染物和重金屬離子。四氧化三鐵具有粒徑小、比表面積大、表面電荷密度高、磁分離技術能快速分離回收的優點，但單獨使用四氧化三鐵進行吸附仍存在吸附能力弱、易團聚、易氧化、回收率低等問題。

吸附的方式是未來用于重金屬廢水處理工藝的主要發展方向，吸附法是去除污水中重金屬的行之有效的辦法。吸附劑的選擇對重金屬的吸附效果有著最為直接的影響，直接關系到該吸附法是否可行。近年來，諸多學者漸漸開發出了具有吸附能力的吸附材料，運用無機試劑或者有機試劑對四氧化三鐵的性能進行改性，并取得了一定成果。

發明內容