申请日2015.04.28
公开(公告)日2015.09.02
IPC分类号B01J20/30; B01J20/06
摘要
本发明公开了一种含铬污水吸附纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，本发明以乙醇为介质，先制备纳米氧化镍和四氧化三铁材料，再利用超声法一步合成氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复合材料。本发明所制备的氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复合材料在30min对含铬污水的吸附率超过95%，吸附量达到3880ug/g。本发明工艺简单，操作方便，反应条件温和，对含铬污水吸附效率高，又可二次利用，具有良好的工业化生产前景。
权利要求书
1.一种含铬污水吸附纳米复合材料，其特征在于：所述的纳米复合 材料为氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复合材料，其中NiO、Fe3O4和TiO2质量的比为10～20:20～40:1～2。
2.一种制备如权利要求1所述的含铬污水吸附纳米复合材料的方法， 其特征在于：所述的制备方法是以乙醇为介质，加入纳米NiO和十 二烷基磺酸钠超声至溶解，加入纳米Fe3O4超声反应30～60min，最 后滴入钛酸四丁酯、冰乙酸和二次蒸馏水，继续超声反应1-2h，抽 滤洗涤，真空干燥后得NiO/Fe3O4/TiO2纳米污水处理复合材料。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：十二烷基磺酸钠的 用量为纳米Fe3O4质量的1～2%。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：纳米Fe3O4与纳米 NiO质量比为1～2:1。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：钛酸四丁酯、冰乙 酸和二次蒸馏水的体积比为43:5:25。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：整个反应过程都在 超声条件下进行。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的 具体步骤如下：
在反应器中每加入10～20mL无水乙醇，对应加入0.1～0.2g纳米 NiO和2～4mg十二烷基磺酸钠，超声1～1.5h;再对应加入0.2～0.4g 纳米Fe3O4超声30～60min后;然后对应加入0.335～0.67mL钛酸四 丁酯，滴加对应的0.078～0.156mL冰乙酸，再对应加入0.2～0.4mL 蒸馏水后超声60～120min;抽滤洗涤，50℃下真空干燥24h得 NiO/Fe3O4/TiO2复合材料。
8.如权利要求1所述的含铬污水吸附纳米复合材料作为含重金属铬 污水的高效吸附复合材料的用途。
说明书
一种含铬污水吸附纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种含铬污水吸附纳米 复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代社会经济和科技的高速发展，水体污染日益成为威胁和 制约人群健康和发展的重要因素。重金属污染由于其具有潜在性、持 久性和富集性，对生态环境和人类健康产生更广泛和更严重的危害。 传统用于去除废水中重金属的方法包括化学沉淀、离子交换、膜分 离和生物絮凝法等。但是它们存在操作繁琐、成本高、效率低和二次 污染等问题。而其中吸附方法由于其操作简单、具有高效性和低选择 性而一直沿用至今。近年来，纳米铁氧体作为一种新型吸附剂越来越 受到国内外学者的关注。它不但具备了纳米材料比表面积大、反应活 性高，且具有效果优、成本低、可以利用磁分离的优点。这使得重金 属的回收利用得以简单实现，杜绝了二次污染等问题，使得这种优 异吸附剂的研究更加引人瞩目。
四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒属于立方晶系，具有反尖晶石的结 构，它除了具有纳米材料所具备的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面 效应和宏观量子隧道效应等一般特性以外，还具有顺磁效应、高表面 活性及催化活性等特性，已广泛地被应用于磁记录、磁流体、微波吸 收、水处理、光催化、电子材料等领域。近年来，具有室温超顺磁性、 良好磁响应性和生物安全性的Fe3O4纳米颗粒因其在磁共振成像、污 水处理和磁靶向药物应用前景而成为科学研究的热点，对Fe3O4纳米 结构的控制合成和表面修饰等也倍受人们关注。
TiO2是一种高活性的光催化剂，能够彻底氧化分解许多难降解的 有机污染物，且具有无毒、催化活性高、无二次污染等优点，因此在 有机物污水处理方面具有极其重要的应用价值。但是使用纯TiO2粉 末悬浮体系进行光催化，光的穿透深度受到影响，且不易分离，难于 回收重复利用，这些问题都限制了这种催化剂的推广使用。因此，把 TiO2与Fe3O4复合，制得磁性复合材料，用外加永久磁铁将其从废水 中吸附出来，使之与母液分离，就可以很好的解决TiO2光催化材料 回收的问题。同时，我们为了进一步修饰改性磁性复合材料，将TiO2与具有氧化镍与Fe3O4复合，通过超声法控制合成得到核壳结构的磁 性纳米颗粒，使复合材料表面结构和晶体结构发生改变，产生了表面 缺陷效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而使复合材料表现 出优异的污水处理性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复 合含铬污水处理材料。
本发明的目的是提供一种氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复 合含铬污水处理材料的制备方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明的含铬污水吸附纳米复合材料为氧化镍/四氧化三铁二 氧化钛纳米复合材料，其中NiO、Fe3O4和TiO2质量的比为 10～20:20～40:1～2。
本发明的含铬污水吸附纳米复合材料的制备方法是以乙醇为介 质，加入纳米NiO和十二烷基磺酸钠超声至溶解，加入纳米Fe3O4 超声反应30～60min，最后加入钛酸四丁酯、冰乙酸和二次蒸馏水， 继续超声反应1-2h，抽滤洗涤，真空干燥后得NiO/Fe3O4/TiO2纳米 污水处理复合材料。
十二烷基磺酸钠的用量为纳米Fe3O4质量的1～2%。
纳米Fe3O4与纳米NiO质量比为1～2:1。
钛酸四丁酯、冰乙酸和二次蒸馏水的体积比为43:5:25。
整个反应过程都在超声条件下进行。
所述的制备方法的具体步骤如下：
在反应器中每加入10～20mL无水乙醇，对应加入0.1～0.2g纳米 NiO和2～4mg十二烷基磺酸钠，超声1～1.5h;再对应加入0.2～0.4g 纳米Fe3O4超声30～60min后;然后对应加入0.335～0.67mL钛酸四 丁酯，滴加对应的0.078～0.156mL冰乙酸，再对应加入0.2～0.4mL 蒸馏水后超声60～120min;抽滤洗涤，50℃下真空干燥24h得 NiO/Fe3O4/TiO2复合材料。
本发明的含铬污水吸附纳米复合材料可以作为含重金属铬污水 的高效吸附复合材料。
本发明的积极效果如下：
本发明以纳米NiO和Fe3O4TiO2复合材料为原料，在超声合成 条件下，使NiO和Fe3O4TiO2纳米粒子有效复合形成纳米复合材料。 通过相互间协同作用效果，对含Cr6+废水具有非常显著处理效果，在 短时间内就可以快速降低含铬废水中Cr6+浓度。因此， NiO/Fe3O4TiO2纳米复合材料在含Cr6+废水吸附处理方面有着广泛 的应用前景。
本发明所制备的氧化镍/四氧化三铁二氧化钛纳米复合材料在 30min对含铬污水的吸附率超过95%，吸附量达到3880ug/g。
