[發(fā)明專利]鑭摻雜鎂鐵氧體復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010128699.5
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111298758B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 白潤英;宋博文;宋家偉;李白鴿
• 申請（專利權）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 曹玉琳

本發(fā)明公開了一種鑭摻雜鎂鐵氧體復合材料，其制備方法為：(1)將Fe₃O₄、氯化鎂和硝酸鑭加入水中，混勻形成混合溶液；所述Fe₃O₄、Mg²⁺、La³⁺三者的摩爾比為2:1:1～8，優(yōu)選2:1:7；(2)加入NaOH溶液，使溶液的pH大于等于10，反應；反應結束后，將產(chǎn)物分離出來，即得鑭摻雜鎂鐵氧體復合材料，命名為La@MgFe₂O₄。本發(fā)明的鑭摻雜鎂鐵氧體復合材料，可用于吸附/去除污水中的磷，對磷酸鹽具有高吸附能力，且不受自然水體中共存陰離子的影響，其pH適用范圍廣，溫度使用范圍廣(當溫度降為10℃時，其吸附能力與25℃時幾乎相同)，受溫度影響小，可多次循環(huán)利用，可用磁鐵進行分離。

技術領域

本發(fā)明涉及鑭摻雜鎂鐵氧體復合材料及其制備方法與應用，

背景技術

磷是人類工業(yè)和農(nóng)業(yè)生活中的重要元素，然而近年來由于磷的過度開采和含磷污水的大量排放，導致磷資源短缺和引起水體富營養(yǎng)化和藻類增殖。因此，水中磷的回收對于減少水污染和緩解磷資源的短缺至關重要。迄今為止，已開發(fā)出多種處理技術來去除或回收水中的磷酸鹽，包括化學沉淀，膜分離和吸附等，其中，吸附法因操作簡單，污染小，可再生，是去除水中陰離子的有效方法。

目前利用鐵氧體作為吸附材料用于除磷日漸成為研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)，含有2種(或多種)不同金屬的混合多金屬氧化物吸附劑與其單組分氧化物例如Fe₃O₄相比，具有顯著不同的物理化學性質(zhì)。因此，研究人員曾利用在鐵氧體中各種2價和3價過渡金屬的取代來調(diào)整鐵氧體的性質(zhì)。文獻報道中常見的2價過渡金屬取代包括Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺等，而3價過渡金屬則主要為稀土元素RE³⁺，La³⁺,Ce³⁺等。這些過渡金屬的取代給鐵氧體帶來了不一樣的性質(zhì)，諸如粒徑的改變、吸附性能的提升、磁性的改變等。然而在AVAZPOUR等的研究中發(fā)現(xiàn)，在稀土的摻雜量較大時，會破壞鐵氧體的結構，反而會使鐵氧體的粒徑增加，吸附量降低。因此，就稀土元素摻雜鐵氧體而言，一方面可以提升鐵氧體的吸附性能，另一方面稀土的種類及摻雜量對鐵氧體的磁性及結構有很大的影響，通常摻雜量的提升會導致磁性的下降，以常見鐵氧體Fe₃O₄為例，純Fe₃O₄的飽和磁化強度70-90emu/g，而摻雜稀土后，磁性降低至無法被磁分離[朱脈勇，陳齊等.四氧化三鐵納米材料的制備與應用[J].化學進展，2017，29(11)：1366-1394]。而且，目前已有的鐵氧體相關吸附劑對磷酸鹽吸附能力較低，且大多數(shù)吸附容量的最優(yōu)值都出現(xiàn)在pH為2～5的酸性環(huán)境，而對接近自然水體的偏中性環(huán)境條件下具有較高吸附能力的吸附劑進行的研究有些不足。再有，現(xiàn)有研究集中在15～40℃溫度區(qū)間，而中國北方城市污水廠寒冷季節(jié)的水溫約10℃，這對于寒冷季節(jié)污水廠出水的深度除磷是不切實際的。此外，目前研究獲得的最優(yōu)吸附容量歷時較長，即吸附速度較慢，這無論應用于污水廠末端低磷濃度出水保障,還是磷回收的前序工藝中都是不經(jīng)濟的。

尖晶石鐵氧體是具有化學通式AFe₂O₄(A＝Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺，Mg²⁺)的立方材料，其中四面體和八面體陽離子位點被二價A²⁺和三價Fe³⁺占據(jù)，其特點是穩(wěn)定，有磁性，易于再生且易于利用外加磁場從水中分離，目前在水處理中分別有應用于除磷，除有機質(zhì)(包括染料)，除氟，除重金屬等研究。