[发明专利]一种多孔磁性超结构纳米复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔磁性超结构纳米复合材料的制备方法及其应用

背景技术

随着科技的发展，人们的生活日新月异，但也面临着严峻的环境问题。近几年，中国每年排出的工业废水约为8×10⁸ m³，而且排放量逐年大幅递增，其中含有铬、锌、铜、汞等大量重金属离子。由于其较高的稳定性以及极强的毒性，工业废水排放之前应该经过严格的处理。然而，在实际应用中，无论是活性炭还是分级的金属氧化物都不能有效地从大量的水体中分离出来且很难再生。这样必须进行进一步后处理，从而增加了应用的成本，可见这些问题在实际应用中必须加以考虑。磁性复合多孔材料的既具有强的吸附性又能在外磁场下分离的特点刚好弥补了上述缺点，然而磁性复合多孔材料在重金属离子吸附领域的应用却少有报道。

传统制备Ni(OH)₂纳米材料的方法主要包括固相沉淀转化法、液相沉淀反应法、高能球磨法等，合成的产物形貌有花瓣状、管状、片状、球状。如Fu等以浓氨水为沉淀剂，在pH 9.0的体系中水热48h后成功获得了不同形貌的Ni(OH)₂材料。实验显示，反应温度对Ni(OH)₂的形貌有非常大的影响：180℃下合成了花瓣状β-Ni(OH)₂球；而在240℃下则为β-Ni(OH)₂纳米片(《稀有金属和硬质合金》，2012, 40(2), 29-32）。Li等以多孔氧化铝为模板，0.1 mol/LNiCl₂溶液和1 mol/L氨水为反应物，采用化学沉积法制备了Ni(OH)₂纳米管（《化学学报》，2005, 63(5), 411-415）。但此方法步骤较多且需重复操作，较为繁琐。国外文献对此类材料也进行了一定的报道，Cao等采用反相微乳液-水热路线，在含有表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的正戊醇、环己烷和水的混合体系中以Ni(NO₃)₂·2H₂O和尿素为反应物，140℃下反应12小时制备出表面粗糙的α-Ni(OH)₂微球，并研究了其在碱性充电电池电极上的应用(Crystal Growth & Design, 2007, 7(1), 170-174)。同时，Latha等通过无模板 (template-free)路线制备出中空的β-Ni(OH)₂微球（Physics E,2009,41(7),1289-1292。但此方法需要镍箔作为镍源，在氨水体系中，150℃水热反应24小时以上。原料不易获得，且反应时间较长。此外，Bala等在油酸体系中，以十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂，硼氢化钠(NaBH₄)为还原剂成功合成了Ni/Ni(OH)₂核壳结构(Nanotechnology, 2009, 20, 415603)。Godsell等进一步研究了此核壳结构的磁性能(Journal of Physics D: Applied Physics, 2011, 44, 325004)。但此材料为光滑球体，没有多孔的特征，在金属离子吸附方面无法进行应用。目前，大部分合成出来的Ni(OH)₂材料都用于镍正极活性材料上。