[发明专利]一种基于刻蚀模板法制备的中空铁锰复合物材料及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于水体重金属离子去除技术领域，特别涉及一种具有立方体构型的铁锰复合物及其对水体中常见的高毒性重金属的去除。

背景技术：

我国水资源短缺及水体污染已经对居民的生活质量和国民经济的发展产生了极为严重的影响。其中，水体中重金属含量的严重超标不仅对地表水以及地下水的利用带来威胁，同时也会对污水的处理回用过程带来潜在的威胁，进而限制社会经济的快速发展。砷、锑与硒作为受污染水体中常见的重金属物质，在工业生产以及矿石冶炼过程产生的废水中含量较大，不合理的处置及排放不仅会对周边的饮用水源造成污染，也会通过动植物的累积和富集影响生态系统的健康循环。

当前，常用的水体中针对砷、锑与硒去除净化技术有吸附法、离子交换法、混凝沉淀法、人工湿地法以及生物法等等。然而综合考虑工业发展需求，吸附法具有高效、廉价、稳定、适用条件广和操作简单等诸多优势成为对该类重金属去除净化的首选技术。因此，如何制备具有较大吸附容量、较好的热稳定性、较短的水力停留时间以及较宽泛的使用条件的吸附材料成为现阶段吸附技术发展的方向。

自然界中广泛存在的铁锰复合物具有较高的比表面积和表面电负性，是一种有优良吸附性能的吸附剂，在水体重金属吸附净化中展现出了良好的发展前景。目前制备出铁锰复合氧化物对水体中砷、锑、硒的吸附容量分别为120mg g^-1(Gaosheng Zhang,Jiuhui Qu,Huijuan Liu,Ruiping Liu and Rongcheng Wu,Preparation and evaluation of a novel Fe–Mn binary oxide adsorbent for effective arsenite removal.Water Research,2007,9,1921–1928)，168mg g^-1(Wei Xua,Hongjie Wang,Ruiping Liu,Xu Zhao,Jiuhui Qu,The mechanism of antimony(III)removal and its reactions on the surfaces of Fe–Mn Binary Oxide.Journal of Colloid and Interface Science,2011,1,320–326)，41.02mg g^-1(Szlachta,M.and N.Chubar,The application of Fe–Mn hydrous oxides based adsorbent for removing selenium species from water.Chemical Engineering Journal,2013.217,159-168.)。

因此，单从对砷、锑和硒等重金属物质的吸附性能来看，传统方法制备的无规则铁锰复合氧化物对以上三中重金属物质的确有较好的吸附去除能力。但是，传统铁锰复合氧化物仍有大量不足和值得改进之处，例如比表面积小，活性位点少等缺点在很大程度上制约铁锰复合吸附材料的吸附性能。因此，为最大程度上提升铁锰复合材料的吸附性能，调控其结构势必成为工作重心。

具有立方体结构的中空羟基铁锰复合物纳米介孔材料不仅将铁锰复合氧化物表面的活性基团充分利用，而且能保证该材料在水环境中具有良好的分散性。另外，中空结构提供更大的比表面积，能够更为有效的将材料活性反应位点与溶液中的目标污染物接触，最大程度上将材料充分利用，提高吸附剂的吸附性能。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明针对工业排水中重金属浓度并以污染水体中常见的重金属物质砷、锑、硒为目标污染物；基于模板刻蚀法制备一种具有立方体结构的中空羟基铁锰复合物纳米材料，在降低水体的处理成本以及处理难度的同时，保证吸附处理后水体的水质质量。

为实现上述目的，本发明提出一种采用立方体结构模板制备中空羟基铁锰复合物的方法，其具体步骤如下：

(1)模板的制备：在室温条件下，将一定质量高锰酸钾加入到稀盐酸中，在磁力搅拌的作用下使其溶解并混合均匀；随后向其中加入聚乙烯吡咯烷酮，继续在磁力搅拌的作用下将其充分溶解；最后加入一定质量的亚铁氰化钾，常温下反溶解10～60min后将上述混合溶液转移至样品瓶中，于50～90℃恒温反应18～24h便可观察到溶液变成蓝黑色，得到蓝黑色沉积物即为目标铁锰复合物模板。

所述高锰酸钾用量为10～100mg；