[發(fā)明專利]用于去除工業(yè)廢水中重金屬離子和有機(jī)物的改性四氧化三鐵納米復(fù)合物及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811292005.0
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109647349B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝紅勛;盧海嬌;黃欣;徐昭;侯寶紅;尹秋響;李飛;鮑穎;謝闖;王召
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22;C02F101/38
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發(fā)明涉及一種用于去除工業(yè)廢水中重金屬離子和有機(jī)物的改性四氧化三鐵納米復(fù)合物及制備方法。組成是蒙脫土，腐殖酸和四氧化三鐵，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)比范圍是(0.10?0.14)：(0.09?0.12)：1；結(jié)構(gòu)是腐殖酸包覆的四氧化三鐵納米顆粒分散在蒙脫土片層上。將蒙脫土，腐殖酸和鐵鹽混合于水與乙醇的混合溶劑中，利用超聲實現(xiàn)原料均勻混合且得到蒙脫土單層，在加熱條件下加入氨水，采用一步水熱法即可得到蒙脫土/腐殖酸/四氧化三鐵復(fù)合納米材料。該方法得到的四氧化三鐵復(fù)合物能快速高效地去除來源和組成不同的含重金屬離子和有機(jī)物的工業(yè)廢水，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益良好，在實際工業(yè)廢水處理應(yīng)用中具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于去除工業(yè)廢水中重金屬離子和有機(jī)物的改性四氧化三鐵納米復(fù)合物及制備方法，屬于納米和水污染控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)廢水量迅速增長，給當(dāng)前的廢水處理與資源回收利用技術(shù)帶來了巨大挑戰(zhàn)。工業(yè)廢水一般含有多種物質(zhì)，包括多種有機(jī)物、無機(jī)鹽、重金屬元素和放射性物質(zhì)等。不同來源的廢水化學(xué)組成不同，環(huán)境污染性也不同。近年來，環(huán)境保護(hù)問題吸引了越來越多的關(guān)注，相關(guān)法規(guī)也越來越嚴(yán)格。從環(huán)保和生產(chǎn)的角度，亟需可以快速高效處理來源和組成不同的工業(yè)廢水的材料和方法。

四氧化三鐵納米粒子尺寸小，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，制備簡單，價格低廉，可通過吸附作用去除含重金屬離子和有機(jī)物的多種廢水。由于其具有磁性，可在磁場作用下被分離，回收方便，因此納米四氧化三鐵是近年來應(yīng)用非常廣泛的一種納米水處理材料。但由于四氧化三鐵納米粒子粒度小，比表面能大，以及自身磁性作用，極易發(fā)生聚結(jié)而比表面積減小，流動性降低，吸附性能下降。因此，通過修飾制備分散性好、廉價、性能穩(wěn)定的四氧化三鐵復(fù)合物，克服四氧化三鐵易氧化易團(tuán)聚的問題，并提高其回收和重復(fù)利用性，是工業(yè)廢水處理技術(shù)的一個研究熱點。

近年來，許多研究人員致力于四氧化三鐵的修飾和制備，基于四氧化三鐵的多種納米復(fù)合物已先后被報道用于處理來源和組成不同的工業(yè)廢水。目前發(fā)表的專利文獻(xiàn)報道包括CN104475012A、CN105964256A、CN106215864A、CN106186158A、CN106475100A、CN106390913A、CN103551113A等。公開號CN105964256A采用水熱法制備四氧化三鐵，采用改性Hummers法制備氧化石墨烯，利用靜電自組裝法制備核殼型四氧化三鐵/氧化石墨烯復(fù)合納米材料，對染料羅丹明B吸附效果良好，但制備氧化石墨烯過程中需用到強(qiáng)酸和強(qiáng)堿以及強(qiáng)氧化劑，操作安全性差，制備過程耗時長。公開號CN106186158A首先以鉬酸鹽和硒粉以及還原劑為原料，通過溶劑熱反應(yīng)在加熱保溫條件下得到基體二硒化鉬納米花，再將其分散到醋酸鈉溶液中，與可溶性鐵鹽在高溫下反應(yīng)一定時間后得到二硒化鉬/四氧化三鐵磁性納米復(fù)合材料，制備過程中需要用到硒粉，高純度硒粉成本很高，粗硒粉雜質(zhì)含量高，會影響產(chǎn)物純度以及性能。另外，該制備過程中需要用到強(qiáng)還原劑，穩(wěn)定性差，不便儲存。因此，總體來說該復(fù)合材料用于染料吸附成本過高，且實用性差。公開號CN103551113A以稻殼和鐵鹽為原料，采用浸漬-碳熱法制備得到了稻殼基負(fù)載四氧化三鐵粉末，成本較低，對廢水中的重金屬離子吸附能力較強(qiáng)。但該方法中，稻殼的預(yù)處理過程復(fù)雜，制備流程耗時較長。以上技術(shù)均未實現(xiàn)通過簡單的，低成本的修飾方法顯著提高四氧化三鐵分散性和穩(wěn)定性的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種改性四氧化三鐵納米復(fù)合物及其制備方法，并用于處理含重金屬離子和有機(jī)物的工業(yè)廢水，實現(xiàn)工業(yè)廢水中重金屬離子和有機(jī)物的快速高效去除，降低廢水處理成本和難度，減輕環(huán)保問題帶來的壓力。本發(fā)明開發(fā)了一種新型改性四氧化三鐵納米復(fù)合物及其制備方法，并采用該復(fù)合物處理含重金屬離子和有機(jī)物的工業(yè)廢水。該復(fù)合物制備成本比較低，流程較簡單；復(fù)合物穩(wěn)定性，分散性，和穩(wěn)定性高，方便回收，重復(fù)利用性好。該方法得到的改性四氧化三鐵納米復(fù)合物可以快速高效地去除來源和組成不同的含重金屬離子和有機(jī)物的工業(yè)廢水，實現(xiàn)工業(yè)廢水去污染化的目標(biāo)，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益良好，在實際工業(yè)廢水處理應(yīng)用中具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：