[发明专利]一种微纳结构四氧化三铁空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳结构四氧化三铁空心球及其新型制备方法，利用水热法一步制备微纳结构四氧化三铁空心球，并考察了微纳结构四氧化三铁空心球对溶液中持久性有机污染物PCB-77处理方面的应用。

背景技术

众所周知，环境污染日益严重，其中持久性有机污染物(POPs)是目前环境污染的主要污染物之一。多氯联苯(PCBs)是有机污染物(POPs)的一种。PCBs作为重要的化工产品，广泛用于化工、印刷、塑料加工业和电力工业等领域。PCBs属于内分泌干扰物，对动物和人类的神经系统、生殖系统和免疫系统造成很大的伤害。其中，PCB-77的毒性较强。PCBs具备难降解性、生物毒性、生物蓄积性、较强的腐蚀性、远距离迁移性等特征，并且易溶于生物组织的脂肪中，通过生物富集和食物链对人体健康产生极大地威胁。

纳米零价铁材料等作为一种用于有机物脱氯的还原剂而受到人们关注。但是零价铁易氧化，存储运输不方便，在实际污染治理中存在一定的问题。四氧化三铁含有二价铁，具有还原性，能有效的对PCB-77进行吸附，由于四氧化三铁本身具有磁性，能通过磁分离技术来分离吸附剂，实现对污染物有效富集及处理，且四氧化三铁易于存储和运输。各种文献报道的制备四氧化三铁的方法中，通常用二价铁离子和三价铁离子在碱性环境下共沉淀法制备四氧化三铁，但是由于空气中氧气的存在，通常需要通惰性气体排除氧气干扰以严格控制二价铁离子和三价铁离子的比例，制备过程麻烦、不容易控制；或者利用有毒有害的有机铁源，如五羰基铁等制备四氧化三铁，对环境有害。因此，需要寻找一种简单的方法制备四氧化三铁。纳米四氧化三铁颗粒小，活性高，但易团聚；微米四氧化三铁具有高的稳定性，但是反应活性比较弱。因此合成一种同时具有纳米活性和微米的稳定性的微纳结构四氧化三铁材料成为一种很好的选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是微纳结构四氧化三铁空心球的合成方法，本发明利用水热法一步合成微纳结构四氧化三铁空心球，提供一种简便的微纳结构四氧化三铁空心球的制备方法，并且这种微纳结构四氧化三铁空心球对持久性有机污染物PCB-77有明显的去除作用。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种微纳结构四氧化三铁空心球，由四氧化三铁组成，其特征在于：

所述四氧化三铁为空心球状结构，球状四氧化三铁由一维纳米带状结构交织构成，带状结构之间有纳米介孔；

所述微纳结构四氧化三铁空心球其球直径为500-10000nm，比表面积为10-25m²/g；纳米介孔的孔直径为10-100nm。

所述的微纳结构四氧化三铁空心球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)首先将四水合氯化亚铁、抗坏血酸、尿素和去离子水按摩尔比例为1-6∶1-3∶5-15∶500-2200在磁力搅拌器搅拌下得到均匀溶液，再将油酸和无水乙醇按摩尔比例为1.56-6.23∶150-700搅拌均匀后加入到四水合氯化亚铁、尿素、抗坏血酸的均匀溶液中；

(2)再将上述混合溶液搅拌均匀后加入到聚四氟乙烯高压釜内胆中，然后将高压釜放入烘箱中，加热至120-180℃，保温3-15小时；

(3)然后取出高压釜，高压釜自然冷却至室温后，所得到溶液通过离心和去离子水分散，该过程反复几次至水溶液呈中性，最后将离心得到的沉淀在真空干燥烘箱中烘干，得到微纳结构四氧化三铁空心球材料。

所述的微纳结构四氧化三铁空心球对持久性有机污染物PCB-77的去除应用，包括：

(1)动力学步骤：称取0.0500g的微纳结构四氧化三铁于30mL玻璃离心管中，加入30mL的200μg/L的PCB-77吸附液，加盖密封，放置于摇床，于25℃下，250r/min振荡；分别于0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、3、4、6、8、10、12、24h取样测定此时溶液中PCB-77的浓度；取出离心管，放置于低速离心机中，于5000r/min的条件下离心5min；取20mL的上清液于30mL玻璃试剂瓶中，加5mL正己烷，放置于振荡器中振荡2h，将正己烷相过无水硫酸钠除水，取上层正己烷相1μL于气相色谱仪(GC/ECD)测定PCB-77的浓度。