用于污水處理的包覆型磁性納米復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理和磁性納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于污水處理的磁性納米復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目如，磁性鐵/碳復(fù)合材料由于具有尚效、低成本以及易回收等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中。例如:以活性碳為載體的負(fù)載型磁性鐵的氧化物復(fù)合型材料，已廣泛的應(yīng)用于吸附工藝中；隨著非均相芬頓反應(yīng)催化劑研究的進(jìn)行，一些鐵/碳復(fù)合型催化劑也漸漸地應(yīng)用于高級氧化工藝中。
[0003]現(xiàn)有的鐵/碳復(fù)合材料，一般都是將磁性顆粒負(fù)載在載體表面上，磁性顆粒不僅易脫落，造成二次污染，堆積在池底的載體也會形成淤泥，堵塞設(shè)備，而且像活性碳、碳纖維這些比表面積較小的傳統(tǒng)碳載體，已無法滿足當(dāng)今水體污染物凈化的要求。
[0004]因此，目前存在的問題是需要研究開發(fā)一種能夠顯著提高磁性顆粒的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的吸附能力，且能有效降解有機(jī)污染物的磁性復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于污水處理的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料能夠顯著提高磁性顆粒的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的吸附能力，且能有效降解有機(jī)污染物，可用于工業(yè)廢水處理。
[0006]為此，本發(fā)明第一方面提供了一種用于污水處理的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料，其包括介孔碳以及包覆于介孔碳孔道內(nèi)的磁性氧化鐵納米粒子，其中，所述磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料的比表面積為500-1200平方米/克。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，在所述磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料中，磁性鐵氧化物的質(zhì)量含量為0.5%-40%。所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為0.5-70納米。優(yōu)選所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為0.5-50納米。更為優(yōu)選的，所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為2-10納米。所述介孔碳的比表面積在800-1500平方米/克。
[0008]本發(fā)明第二方面提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的納米復(fù)合材料的制備方法，其包括:
[0009]步驟A，將無機(jī)鐵鹽溶于水和乙醇的混合液中，配制成鐵離子溶液；
[0010]步驟B，將鐵離子溶液與介孔碳粉末混合，攪拌均勻后，干燥，制得磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I;
[0011 ]步驟C，在氨存在條件下，將磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I進(jìn)行水解反應(yīng)，然后干燥，制得磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體Π;
[0012]步驟D，將磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體Π在無氧條件下進(jìn)行煅燒，制得磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟B中，攪拌的時(shí)間為3-20小時(shí)。優(yōu)選攪拌的時(shí)間為12小時(shí)。所述干燥的溫度為0-80°C。優(yōu)選所述干燥的溫度為50°C。
[0014]在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，在步驟C中，所述水解反應(yīng)的溫度為40_80°C。優(yōu)選水解反應(yīng)的溫度60°C。所述水解反應(yīng)的時(shí)間為1-6小時(shí)。所述干燥的溫度為40-80°C。優(yōu)選所述干燥的溫度為50°C。
[0015]在本發(fā)明又一些實(shí)施例中，在步驟D中，所述煅燒的溫度為100-1000°C。所述煅燒的時(shí)間為1-10小時(shí)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟A中，在所述混合溶液中，水與乙醇的體積比為1:1。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在步驟B中，以鐵離子溶液的體積計(jì)的介孔碳的量為4:1。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，在鐵離子溶液中，無機(jī)鐵鹽的濃度為0.1-1摩爾/升。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述無機(jī)鐵鹽包括硝酸鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵和硫酸亞鐵中的至少一種。優(yōu)選所述無機(jī)鐵鹽為硝酸鐵。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，在步驟C中，以氨水的體積計(jì)磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I的量為50:1。
[0021]本發(fā)明第三方面提供了如本發(fā)明第一方面所述的納米復(fù)合材料或如本發(fā)明第二方面所述的方法制備的納米復(fù)合材料在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明中，優(yōu)選所述工業(yè)廢水中的污染物包括亞甲基藍(lán)、甲基橙、剛果紅、羅丹明、苯酚、砷、鉛和汞中的至少一種。更為優(yōu)選的所述工業(yè)廢水中的污染物為甲基橙。
【附圖說明】
[0023]下面將結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中制備的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料的透射電鏡(TEM)圖。
[0025]圖2是圖1的放大圖。
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中制備的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料的X射線衍射(XRD)圖。
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中亞甲基藍(lán)在實(shí)施例1中制備的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料作用下的降解效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，這些實(shí)施例僅起到說明性作用，并不局限于本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0029]本發(fā)明采用以下【具體實(shí)施方式】來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明:
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明涉及一種用于污水處理的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料，其為包覆型磁性鐵氧化物@介孔碳納米復(fù)合材料;其包括作為載體的介孔碳以及包覆于介孔碳孔道內(nèi)的磁性鐵氧化物納米粒子，其中，所述磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料的比表面積為500-1200平方米/克。
[0031]本發(fā)明中，優(yōu)選具有較高比表面積和較高孔體積的介孔碳作為載體，例如，可以選擇高比面積、高孔積的介孔碳CMK-3，其比表面積在800-1500平方米/克。
[0032]在所述磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料中，磁性鐵氧化物的質(zhì)量含量為
0.5%-40%。所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為0.5-70納米。優(yōu)選所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為0.5-50納米。更為優(yōu)選的，所述磁性鐵氧化物納米粒子的粒徑為2-10納米。
[0033]在本發(fā)明的另一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明涉及一種用于污水處理的磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0034](I)將無機(jī)鐵鹽溶于水和乙醇的混合液中，配制成鐵離子溶液;在鐵離子溶液中，所述鐵無機(jī)鹽溶液的濃度范圍為0.1-1摩爾/升;在所述混合溶液中，水與乙醇的體積比為1:1。
[0035](2)將鐵離子溶液浸入到介孔碳粉末(例如介孔碳CMK_3)(或者將介孔碳粉末加入鐵離子溶液中)，攪拌分散3-20小時(shí)，優(yōu)選攪拌分散12小時(shí)后，在烘箱中0-80°C，優(yōu)選50°C干燥，制得磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I。
[0036](3)將磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I隨容器放在盛有氨水的玻璃瓶中，磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體I不與氨水接觸，將玻璃瓶放在烘箱中，在40-80°C，優(yōu)選60°C下保持1-6小時(shí)進(jìn)行水解反應(yīng)，隨即將水解反應(yīng)后的產(chǎn)物(含F(xiàn)e(OH)x配合物)放在烘箱中，在40-80°C下，優(yōu)選在50°C下干燥12小時(shí)，制得粉末狀磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體Π。
[0037](4)將粉末狀磁性鐵氧化物/介孔碳納米復(fù)合材料前體Π用瓷舟裝載，放入通有惰性氣體，例如氬氣的管式