[發(fā)明專利]一種納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法及其應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110721703B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽鵬飛;徐源合;柯國軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/02;B01J20/06;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;G21F9/06;G21F9/12
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發(fā)明提供一種納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法，所述方法包括將鈷源和錳源溶解在包含氨水與氯化銨的混合溶液中，且加入次氯酸鈉作為氧化劑，將部分二價(jià)錳氧化為三價(jià)錳，形成二價(jià)和三價(jià)錳離子共存的均態(tài)體系，并以尿素作為沉淀劑，在120～180℃下反應(yīng)2小時(shí)以上晶化形成前驅(qū)體，再將前驅(qū)體樣品于400～600℃下煅燒2小時(shí)以上，得到納米級磁性鈷錳尖晶石。本發(fā)明所述方法制備的納米級磁性鈷錳尖晶石晶型完整程度高，顆粒均勻，粒徑約為50nm；有較強(qiáng)的磁性，在外加磁場的條件下易于分離。該納米級磁性鈷錳尖晶石可作為催化劑或吸附劑用于處理廢水中的鈾酰離子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著核能的不斷發(fā)展，核工業(yè)產(chǎn)生的含鈾廢水的數(shù)量越來越多，鈾是天然具有放射性的元素，它進(jìn)入生物體內(nèi)會(huì)影響生物的正常生長，甚至能誘發(fā)各種病變，給環(huán)境和生態(tài)帶來了日趨嚴(yán)峻的威脅。因此，如何妥善處理放射性含鈾廢水已成為一個(gè)世界性環(huán)境保護(hù)問題。目前，去除或富集水環(huán)境中放射性元素鈾的方法有：化學(xué)沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、吸附法和還原法等。

含鈾廢水中主要包括六價(jià)鈾以可溶的碳酸鈾酰/氟化鈾酰絡(luò)合物形式在水溶液中遷移。傳統(tǒng)單一無機(jī)材料作為吸附劑對其吸附量不高。通過催化還原反應(yīng)可將六價(jià)鈾還原為四價(jià)鈾使鈾酰離子以鈾礦和鈾石等形式富集沉淀，從而將鈾酰離子從水溶液中除去，因此設(shè)計(jì)和制備一種新型催化劑催化還原六價(jià)鈾酰離子成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

如專利申請CN201810765731.3公開了一種高效電化學(xué)還原富集回收含鈾廢水和地下水中鈾的方法。該發(fā)明以金屬電極作為陰陽極構(gòu)建電化學(xué)體系，利用六價(jià)鈾酰離子能夠得電子被還原為四價(jià)不可溶的二氧化鈾的性質(zhì)，在無外源添加劑的情況下，通過電極將六價(jià)鈾還原為二氧化鈾并富集在電極表面。四價(jià)鈾鍍層可進(jìn)一步催化還原廢水中的六價(jià)鈾形成新的四價(jià)鈾鍍層。電化學(xué)還原富集完成后，將富集二氧化鈾的電極從溶液中取出，即可實(shí)現(xiàn)廢水和地下水中鈾的高效還原去除。通過進(jìn)一步將電極放入稀硝酸溶液中氧化，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的高效回收。該發(fā)明應(yīng)用范圍廣，對低濃度、高濃度含鈾廢水和含有碳酸鹽的地下水中碳酸鈾酰均可實(shí)現(xiàn)高效去除和回收。

但該電極處理方法難以大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，因而本領(lǐng)域需要一種新的催化還原含鈾廢水中鈾酰離子的方法。

尖晶石晶體結(jié)構(gòu)中氧離子按立方緊密堆積排列，二價(jià)陽離子充填于八分之一的四面體空隙中，三價(jià)陽離子充填于二分之一的八面體空隙中，形成一個(gè)立方體。該類材料在電、磁、催化、能量存儲與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有廣泛用途。Co離子和Mn離子都屬于過渡態(tài)的金屬元素，容易得失電子，具有作為催化劑的潛能，同時(shí)二價(jià)和三價(jià)Co、Mn離子共存的催化劑具有自氧化還原性能，即具有同時(shí)氧化性和還原性。考慮將上述的所有優(yōu)秀性能結(jié)合，采用一定的技術(shù)制備出來的產(chǎn)品應(yīng)該具有良好的催化還原性，是一種優(yōu)秀的催化劑，能夠應(yīng)用于高價(jià)態(tài)的金屬離子還原沉淀。

因此，本領(lǐng)域還需要一種新的納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法及其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明首先提供一種納米級磁性鈷錳尖晶石的制備方法，所述方法包括將鈷源和錳源溶解在包含氨水與氯化銨的混合溶液中，且加入次氯酸鈉作為氧化劑，將部分二價(jià)錳氧化為三價(jià)錳，形成二價(jià)和三價(jià)錳離子共存的均態(tài)體系，并以尿素作為沉淀劑，在120～180℃下反應(yīng)2小時(shí)以上晶化形成前驅(qū)體，再將前驅(qū)體樣品于400～600℃下煅燒2小時(shí)以上，得到納米級磁性鈷錳尖晶石。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述鈷源和錳源為六水氯化鈷和四水氯化錳，所述制備方法在隔絕氧氣的環(huán)境下進(jìn)行。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述鈷源和錳源中鈷元素與錳元素的物質(zhì)的量之比為1：1～6，鈷元素與氨水的物質(zhì)的量之比為1：2～10，鈷元素與氯化銨的物質(zhì)的量之比為1：2～12，鈷元素與次氯酸鈉的物質(zhì)的量之比為1：0.1～100，鈷元素與尿素的物質(zhì)的量之比為1：2～100。