[发明专利]一种铁锰复合氧化物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁锰复合氧化物及其制备方法与应用，属于水处理技术领域。

背景技术

铬是环境中非常重要的金属元素，其广泛分布在地壳中。随着工农经济的飞速发展，由金属铬元素引起的环境污染问题在工业化城市进程中日趋严峻，电镀、制革、采矿、金属冶炼以及金属表面处理等工业的生产制造过程中大量使用含铬矿石、物质材料等，导致大量的含铬污染物通过各种途径(如工业含铬废水排放、铬渣堆放等)进入水体环境，进而引起水体环境不同程度的重金属铬污染，因此水体环境铬污染治理受到国内外学者的高度重视。调查研究显示，Cr(VI)的生物有效性要高于Cr(III)，且毒性也更大，约是三价铬的100倍。重金属铬能够对人体健康、水生生物、生态环境造成重大危害，它不仅有刺激作用，能够引发皮肤病变(如过敏现象)，还有致癌作用。此外，长期接触含铬环境，会造成人体、生物的新陈代谢紊乱。

天然存在的铁锰氧化物被广泛认为对重金属离子具有强烈的吸附和富集能力，主要表现在氧化物的表面特性，例如锰氧化物表面存在比较完善的孔道。此外，铁、锰是变价元素，其(氢)氧化物通常具有氧化还原作用。因此，近些年来国内外研究学者广泛聚焦于铁锰氧化物对重金属离子的吸附/解吸行为以及机理的探讨研究。针对不同重金属离子，铁锰复合氧化物表现出的吸附能力和机理都存在明显不同。ZHANG，Sofia Tresintsi等研究铁锰氧化物去除水体中As(III)的机理，结果表明As(III)的去除机理主要为Mn⁴⁺对As³⁺的氧化作用和Fe对As⁵⁺的吸附作用；袁林通过试验制备了铁锰复合氧化物，并研究其对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附/解吸性能，通过对不同pH值、离子强度、温度及竞争等试验条件下铁锰复合氧化物与Pb²⁺、Cd²⁺之间的关系探讨发现，铁锰复合氧化物对Pb²⁺、Cd²⁺表现出很强的吸附能力，当两者处于统一体系，铁锰复合氧化物倾向于先吸附Pb²⁺。

铁锰复合氧化物的制备方法和条件是研究铁锰复合氧化物吸附性能的一个重要因素，目前铁锰复合氧化物的制备方法主要有共沉淀法、水热法和热解法等，但共沉淀法制备的铁锰复合氧化物的性质不稳定，氧化过程需要较长时间，并且在制备过程需要分步进行，增加了成本；水热法是制备纳米材料的一种常用方法，它制备出的物质粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低，但其不适用于制备一些易于与水反应或易于水解、分解的化合物，而铁氧化物容易水解。铁氧化物和锰氧化物在常温常压条件下容易自发反应生成复合物，水热法是在高温高压条件下进行，因此，直接用水热法制备铁锰复合氧化物容易产生团聚现象。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铁锰复合氧化物及其制备方法，采用共沉淀法和水热法相结合制备纳米级的铁锰复合氧化物，首先通过共沉淀法使两种溶液充分反应，得到微米级铁锰复合氧化物，再通过水热法改变铁锰复合氧化物的晶体结构，调节其粒径的大小和分布。

本发明的另一目的是提供该铁锰复合氧化物在水体中铬(VI)离子吸附中的应用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铁锰复合氧化物的制备方法，步骤如下：

(1)将七水硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)溶液滴加到高锰酸钾溶液中，15-25℃下反应1-1.5小时，反应得到褐红色悬浊液，反应过程调节溶液的pH为3.0-4.0；

(2)将步骤(1)得到的褐红色悬浊液转入到反应釜中，在160-200℃下反应5-7小时，冷却，离心，得到褐红色沉淀，洗涤沉淀，至洗涤液的电导率保持不变；

(3)将步骤(2)得到的褐红色沉淀室温老化3.5-4.5小时，干燥，研细，得到铁锰复合氧化物的粉末。

步骤(1)中，七水硫酸亚铁溶液和高锰酸钾溶液中，铁离子和锰离子的摩尔比为(1-5)：1，优选为3:1。

步骤(1)中，七水硫酸亚铁溶液的滴加速度为1d/s。

步骤(1)中，反应过程调节溶液的pH所用的溶液为1mol/L的稀盐酸溶液。

步骤(2)中，采用低速离心机进行离心，离心转速为2400rpm/min。

优选的，步骤(2)中，反应温度为180℃，反应时间为6小时。

优选的，步骤(3)中，老化时间为4小时。