[发明专利]一种掺杂二氧化锰的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂二氧化锰的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用，属于水处理及再生应用技术领域。

背景技术

砷是剧毒元素之一，近年来地下水砷的污染已经引起人们广泛的关注。我国的台湾、新疆和内蒙古等地区地下水砷含量严重超标，砷含量最高可达2000μg/L；国际上地下水砷污染严重的国家有印度、孟加拉国、越南、阿根廷、智利、墨西哥、匈牙利等。长期的砷暴露可引起皮肤、肺、肝、肾和膀胱的癌变。世界卫生组织（WHO）、欧盟、美国、日本等国家针对饮用水中砷含量制定了越来越严的标准，我国已从2007年7月1日开始实施严格的10μg/L的城市供水砷标准。面对世界范围及我国不断发现的新的含砷病区和愈来愈严格的饮用水含砷标准，现实需要对饮用水除砷技术和材料提出了更高的要求，同时也形成了巨大的技术和产品市场。

目前，用于除砷的方法主要有混凝、沉淀、吸附、离子交换、生物降解、反渗透及电渗析等，大多数吸附材料对五价砷（As（Ⅴ））有较好的去除作用，但对三价砷（As（Ⅲ））去除作用较差。研究表明，As（Ⅲ）的毒性是As（Ⅴ）的60倍以上，且As（Ⅲ）的去除远较As（Ⅴ）困难。目前常用的除砷材料中，成本低廉的材料通常对砷的吸附容量较小，而具有较高吸附容量的材料往往成本过高，从而限制了除砷材料的应用推广。纳米材料因其大的比表面积和高的吸附容量受到人们的广泛关注，但将纳米材料应用于水处理，分离成为一个难题。因此，研究开发成本低廉、对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）均具有良好去除效果且能很好从水中分离的新型纳米吸附材料是目前国内外研究和技术开发的热点和难点问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂二氧化锰的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用，本发明将纳米二氧化锰掺杂在γ-Fe₂O₃磁性纳米颗粒中，锰的掺入量为0.2%～6.5%，可实现对As（Ⅲ）等污染物的高效去除，在外磁场作用下，吸附了污染物的吸附剂可以从水中分离出来，重复利用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺杂二氧化锰的复合磁纳米吸附剂，所述吸附剂包括以下原料：铁盐、亚铁盐、二价锰盐，其中，所述铁盐、亚铁盐、二价锰盐三者物质的量比为2：（0.5～3.0）：（0.02～0.6）。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种；

进一步，所述亚铁盐包括氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的任意一种；

进一步，所述二价锰盐包括氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的任意一种；

进一步，所述复合纳米颗粒的粒径为10～20nm，比表面积为100～200m²/g；

本发明还提供了一种制备掺杂二氧化锰的复合磁纳米吸附剂的制备方法，技术方案如下：

1）按物质的量2:（0.5～3.0）:（0.02～0.6）的比例取铁盐、亚铁盐、二价锰盐，加入去离子水溶解，边搅拌边加入碱液，调节pH，使溶液中有黑色颗粒产生，加入去离子水，使铁盐总浓度在0.05～5mo l/L，得到混合液;

2）将1）得到的混合液放在水浴中，搅拌，陈化，然后用磁铁将黑色颗粒从混合液中分离出来，用去离子水冲洗黑色颗粒，并用滤纸过滤，直至清洗后的去离子水pH值5～7;

3）将2）得到的黑色颗粒干燥，然后研磨成粉末，粉末焙烧，即得。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤1）中所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述亚铁盐包括氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述二价锰盐包括氯化锰、硝酸锰、硫酸锰中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述调节PH值为6～11；

进一步，步骤2）中所述水浴温度为25～75℃，搅拌时间为0.5～3h；

进一步，步骤2）中所述陈化温度为25～70℃，陈化时间为0～2.5h；

进一步，步骤3）中所述干燥温度为20～100℃，干燥时间为4～48h；

进一步，步骤3）中所述焙烧的温度为250～400℃，焙烧时间为0～5h。