CN102674469B - 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用 - Google Patents

纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN102674469B
CN102674469B CN201210141132.7A CN201210141132A CN102674469B CN 102674469 B CN102674469 B CN 102674469B CN 201210141132 A CN201210141132 A CN 201210141132A CN 102674469 B CN102674469 B CN 102674469B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fecl
arsenic
iron oxide
magnetic iron
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210141132.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102674469A (zh
Inventor
林森
卢滇楠
刘铮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201210141132.7A priority Critical patent/CN102674469B/zh
Publication of CN102674469A publication Critical patent/CN102674469A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102674469B publication Critical patent/CN102674469B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用。该方法，包括如下步骤：将FeCl3、FeCl2与pH值突变剂于溶剂中混匀进行反应，反应完毕得到所述铁氧化物。该方法以在常温以及高速搅拌条件下，通过25%的氨水快速改变制备液的pH值的方法可以迅速制取本吸附剂。本发明提供的砷吸附剂，具有制备简单，成本低廉，吸附量大，吸附速度快，受水相环境影响小，易于回收等一系列利于工业化应用的优点。

Description

纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于环境水处理领域，涉及一种纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用。
背景技术
砷元素在动植物体内有累积效应，而且对人有着“致癌，致畸形，致突变”的严重危害。即使少量的砷在人体中积累，也会引发皮肤溃烂，高血压，角质化等各种各样的疾病。世界卫生组织规定饮用水中总砷含量不能超过0.01mg/L，工业排放废水中总砷含量不能超0.5mg/L。根据此标准，全球许多地区的人们遭受着被砷污染的水的毒害，比如，孟加拉，越南，蒙古，印度，智利等，其中以孟加拉最为严重，由于地域的原因，几乎整个国家的水域中砷的含量都超标，超过8000万的人口遭受着砷污染的毒害。而我国的情况也不容乐观，由于开矿的原因，在山西等地许多区域的水中砷含量超标，最高的甚至高达4.8mg/L，超过标准值上百倍。因此，对于砷污染的治理刻不容缓。
目前治理水中砷污染的方法主要可以分为六大类：化学沉淀法，电解法，膜分离法，离子交换法，活体生物法，吸附法。在这些方法中，以吸附法应用最为广泛。但是，目前针对水相砷的各种吸附剂具有后续回收困难，易造成二次污染，吸附量不高等缺陷，不利于工业化以及大规模废水治理。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用。
本发明提供的制备铁氧化物的方法，包括如下步骤：将FeCl3、FeCl2与pH值突
变剂于溶剂中混匀进行反应，反应完毕得到所述铁氧化物。
上述方法中，所述FeCl3与FeCl2的投料摩尔比为2~2.4∶1；
所述溶剂的用量为使所述FeCl2的浓度为25~40mmol/L；
所述pH值突变剂与FeCl2的用量比为6.5~8ml：1mmol，具体为7.5ml∶1mmol或7.7ml∶1mmol；
所述pH值突变剂为氨水；所述氨水的质量百分浓度为25-35%，优选25%。
所述溶剂为水；
所述混匀步骤中，混匀方式为搅拌混匀。
所述搅拌混匀中，转速为500-2000rmp，优选1000rmp；所述反应步骤中，温度为室温，时间为20-30分钟。
所述制备铁氧化物的方法还包括如下步骤：在所述反应完毕后，将所得产物用磁铁吸附，使其与液相分离，再用水洗涤；
所述洗涤步骤中，水的用量为1mmol所述FeCl2对应100~150ml所述水，洗涤次数为3-5次。
利用上述本发明提供的方法制备得到的铁氧化物或由上述方法制备得到的铁氧化物与水组成的胶体溶液，也属于本发明的保护范围。其中，所述铁氧化物的粒径为8-12nm。
另外，上述本发明提供的铁氧化物或胶体溶液在吸附含砷化合物中的应用以及含有该铁氧化物或胶体溶液的砷吸附剂，亦属于本发明的保护范围。其中，所述含砷化合物中砷的价态为三价或五价；所述砷吸附剂为吸附砷的价态为三价或五价的含砷化合物；所述吸附步骤中，介质为水，具体为污水；所述砷吸附剂的使用介质为水，具体为污水。所述吸附步骤中，含有含砷化合物的体系的pH值为1-14，具体为2.5-12。
本发明以纳米级磁性铁氧化物颗粒作为吸附剂去除污水中不同价态（三价与五价）的砷元素，达到净化污水的目的。此砷吸附剂具有制备简单，吸附量大，吸附速度快，受水相环境影响小，易于回收等一系列优点，极其适合大规模水相砷污染的处理，极利于工业化应用，具有重要的应用价值。
附图说明
图1为实施例1制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒吸附剂的透射电镜图。
图2为使用磁铁回收实施例1制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒的照片。
图3为实施例1制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒吸附剂的X射线衍射图（XRD）。
图4为实施例1制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒吸附剂的磁滞曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。所述氨水的浓度均为质量百分浓度。
实施例1
将2mmol的FeCl3与1mmol FeCl2加入30ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入7.5ml 25%的氨水，室温搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为98.4%。
该产物的粒径在8-12nm之间，附图1为制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒的透射电镜图（TEM），附图2为使用磁场强度为0.5T的永磁体回收制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒的照片，附图3为制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒吸附剂的X射线衍射图（XRD），附图4为制得的纳米级磁性铁氧化物颗粒吸附剂的磁滞曲线。由上可知，该产物结构正确，为纳米级磁性铁氧化物。
实施例2
将10mmol的FeCl3与5mmol FeCl2加入150ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入38.5ml 25%的氨水，室温搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为98.9%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例3
将20mmol的FeCl3与10mmol FeCl2加入300ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入77ml 25%的氨水，室温搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为96.8%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例4
将50mmol的FeCl3与25mmol FeCl2加入750ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入192.5ml 25%的氨水，搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为97.4%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例5
将2.2mmol的FeCl3与1mmol FeCl2加入30ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入7.5ml 25%的氨水，室温搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为94.2%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例6
将2.4mmol的FeCl3与1mmol FeCl2加入30ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入7.5ml 25%的氨水，搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为93.1%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例7
将20mmol的FeCl3与10mmol FeCl2加入300ml的双蒸水中，在1000rpm的搅拌下，快速加入77ml 25%的氨水，室温搅拌反应20min，使用磁铁将反应产物吸附，与液相分离，用去离子水洗涤3次，所得产物收率为96.8%，该产物的粒径为8-12nm。
实施例8
将1mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，pH值=4~9，As的初始浓度为100ppm的NaH2AsO3溶液中，30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的去除率高于99.61%，剩余浓度低于0.39ppm，符合国家废水中上限为0.5ppm的砷含量排放标准。
实施例9
将0.5mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，pH值=4~9，As的初始浓度为100ppm的NaH2AsO3溶液中，30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的去除率高于75.51%，剩余浓度低于24.49ppm。
实施例10
将0.5mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，pH值=2.5~7.0，As的初始浓度为100ppm的NaH2AsO4溶液中，30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的去除率高于97.41%，剩余浓度低于2.59ppm。
实施例11
将1mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，pH值=2.5~7.0，As的初始浓度为100ppm的NaH2AsO4溶液中，30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的去除率高于99.81%，剩余浓度低于0.19ppm，符合国家废水中上限为0.5ppm的砷含量排放标准。
实施例12
分别将0.5mmol实施例1制备所得吸附剂加入分别含有50mmol/L的SO4 2-，NO3 -，Cl-的100ml，pH值=7.5，As初始浓度为100ppmNaH2AsO4溶液中，在30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的浓度分别为18.01ppm，17.14ppm以及19.44ppm。
实施例13
分别将0.5mmol实施例1制备所得吸附剂加入分别含有50mmol/L的SO4 2-，NO3 -，Cl-的100ml，pH值=3.2，As初始浓度为100ppmNaH2AsO4溶液中，在30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中三价砷的浓度分别为0.11ppm，0.04ppm以及0.19ppm。
实施例14
将1mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，总砷含量为110.4ppm，原始pH值值为12.7，COD为1165mg/L来自某部队的实际废水中，在30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中砷的剩余浓度为33.42ppm，去除率达66.58%。
实施例15
将1mmol实施例1制备所得吸附剂加入100ml，pH值调节为5.0，总砷含量为110.4ppm，COD为1165mg/L来自某部队的实际废水中，在30℃，175rpm的震荡条件下反应60min后，溶液中砷的去除率达99.64%，剩余浓度为0.36ppm，符合国家废水中上限为0.5ppm的砷含量排放标准。

Claims (8)

1.一种制备纳米磁性铁氧化物的方法，包括如下步骤：将FeCl3、FeCl2与pH值突变剂于溶剂中混匀进行反应，反应完毕得到所述铁氧化物；
所述FeCl3与FeCl2的投料摩尔比为2～2.4：1；
所述pH值突变剂与FeCl2的用量比为6.5～8mL：1mmol；
所述pH值突变剂为氨水；所述氨水的质量百分浓度为25％；
所述反应步骤中，温度为室温，时间为20-30分钟；
所述溶剂的用量为使所述FeCl2的浓度为25～40mmol/L；
所述混匀步骤中，混匀方式为搅拌混匀；
所述纳米磁性铁氧化物的粒径为8-12nm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述搅拌混匀中，转速为500-2000rmp。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述制备纳米磁性铁氧化物的方法还包括如下步骤：在所述反应完毕后，将所得产物用磁铁吸附，使其与液相分离，再用水洗涤；
所述洗涤步骤中，水的用量为1mmol所述FeCl2对应100～150mL所述水，洗涤次数为3-5次。
4.权利要求1-3任一所述方法制备得到的纳米磁性铁氧化物或由权利要求1-3任一所述方法制备得到的纳米磁性铁氧化物与水组成的胶体溶液。
5.权利要求4所述纳米磁性铁氧化物或胶体溶液在吸附含砷化合物中的应用；
所述含砷化合物中砷的价态为三价或五价；所述吸附步骤中，介质为水；
所述吸附步骤中，含有含砷化合物的体系的pH值为2.5-12。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述吸附步骤中，介质为污水。
7.含有权利要求4所述纳米磁性铁氧化物或胶体溶液的砷吸附剂；
所述砷吸附剂为吸附砷的价态为三价或五价的含砷化合物；所述砷吸附剂的使用介质为水。
8.根据权利要求7所述的砷吸附剂，其特征在于：所述水为污水。
CN201210141132.7A 2012-05-08 2012-05-08 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用 Active CN102674469B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210141132.7A CN102674469B (zh) 2012-05-08 2012-05-08 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210141132.7A CN102674469B (zh) 2012-05-08 2012-05-08 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102674469A CN102674469A (zh) 2012-09-19
CN102674469B true CN102674469B (zh) 2015-09-30

Family

ID=46807114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210141132.7A Active CN102674469B (zh) 2012-05-08 2012-05-08 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102674469B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104341010B (zh) * 2013-07-25 2016-05-18 同济大学 一种合成超顺磁性四氧化三铁纳米片的方法
CN103464089B (zh) * 2013-09-11 2015-10-28 清华大学 磁性砷吸附剂及其制备方法与应用
CN103933928B (zh) * 2014-04-04 2015-10-07 无锡普爱德环保科技有限公司 除湿吸附剂及其制备方法
CN108620034A (zh) * 2018-05-22 2018-10-09 华东理工大学 一种凝胶包埋型高效除砷材料的制备方法
CN110102264B (zh) * 2019-06-04 2021-03-02 太原理工大学 一种超高磁响应性纳米团簇微球的制备及废水处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365951A (zh) * 2001-01-15 2002-08-28 中国科学院广州能源研究所 分散纳米Fe3O4颗粒的制备方法
CN1689694A (zh) * 2004-04-03 2005-11-02 兰克赛斯德国有限公司 稳定的吸附剂颗粒
CN101445277A (zh) * 2008-11-14 2009-06-03 东北大学 具有高吸附能力的纳米晶体Fe3O4微粒及制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1365951A (zh) * 2001-01-15 2002-08-28 中国科学院广州能源研究所 分散纳米Fe3O4颗粒的制备方法
CN1689694A (zh) * 2004-04-03 2005-11-02 兰克赛斯德国有限公司 稳定的吸附剂颗粒
CN101445277A (zh) * 2008-11-14 2009-06-03 东北大学 具有高吸附能力的纳米晶体Fe3O4微粒及制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Fe3O4磁性纳米粒子的共沉淀法制备研究》;陈亭汝;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20091030(第10期);摘要 *
《Fe3O4磁性纳米粒子的共沉淀法制备研究》;陈亭汝等;《应用化工》;20090228;第38卷(第2期);第226-228、232页 *
《SYNTHESIS OF MAGNETITE NANOPARTICLES AND EVALUATION OF ITS EFFICIENCY FOR ARSENIC REMOVAL FROM SIMULATED INDUSTRIAL WASTEWATER》;A. Khodabakhshi et al.;《Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering》;20110719;第8卷(第3期);第189-200页 *
《纳米四氧化三铁吸附水溶液中砷的研究》;柴多里等;《硅酸盐学报》;20110331;第39卷(第3期);第419-423页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102674469A (zh) 2012-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiu et al. Preferable phosphate sequestration by nano-La (III)(hydr) oxides modified wheat straw with excellent properties in regeneration
Zhang et al. Construction of Bi2O3/CuNiFe LDHs composite and its enhanced photocatalytic degradation of lomefloxacin with persulfate under simulated sunlight
Cui et al. Phosphorus recovery by core-shell γ-Al2O3/Fe3O4 biochar composite from aqueous phosphate solutions
Lin et al. Efficient capture of iodine by a polysulfide-inserted inorganic NiTi-layered double hydroxides
CN102674469B (zh) 纳米磁性铁氧化物及其制备方法与应用
Ren et al. Adsorption of phosphate from aqueous solution using an iron–zirconium binary oxide sorbent
Zhang et al. Highly efficient phosphate sequestration in aqueous solutions using nanomagnesium hydroxide modified polystyrene materials
Wu et al. Contrasting effect of lanthanum hydroxide and lanthanum carbonate treatments on phosphorus mobilization in sediment
Pitakteeratham et al. High efficiency removal of phosphate from water by zirconium sulfate-surfactant micelle mesostructure immobilized on polymer matrix
Yang et al. Magnetic beads embedded in poly (sodium-p-styrenesulfonate) and ZIF-67: Removal of nitrophenol from water
CN105800689A (zh) 一种超纯五氧化二钒的制备方法
Zheng et al. Dual-functional mesoporous films templated by cellulose nanocrystals for the selective adsorption of lithium and rubidium
CN103357375B (zh) 除去水体中有机污染物的磁性介孔氧化硅吸附剂及其制备与应用
Meng et al. Enhanced adsorption and separation of gallium using silica-based P507-TBP/SiO2–P adsorbent from sulfuric acid solution
Cao et al. Ca–La layered double hydroxide (LDH) for selective and efficient removal of phosphate from wastewater
Akram et al. Enhanced removal of phosphate using pomegranate peel-modified nickel‑lanthanum hydroxide
Guo et al. Efficient capture of Sr 2+ from acidic aqueous solution by an 18-crown-6-ether-based metal organic framework
CN104971688B (zh) 一种纳米磁性颗粒吸附剂的制备方法
CN110124640B (zh) 钼酸镧与铁磁性材料的复合物及制备与吸附除磷的应用
Li et al. Nanoporous sulfonic covalent organic frameworks for selective adsorption and separation of lanthanide elements
Duan et al. A facile synthesis of hierarchically porous Cu-BTC for efficient removal of uranium (VI)
CN103949226A (zh) 一种聚乙烯醇-壳聚糖磁性颗粒的制备与应用方法
Sharma et al. Recovery of rubidium from brine sources utilizing diverse separation technologies
CN103861564A (zh) 基于树枝状高分子修饰的氧化石墨烯吸附材料的制备
Chao et al. Active ion-exchangeable Bi2O (OH) 2SO4 synthesized by ball milling for effective iodine enrichment: insight into the pathway

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant