[发明专利]一种铁铜双金属氧化物及其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于化工及环保工程技术领域，具体涉及一种铁铜双金属氧化物及其制备方法及应用。

背景技术

锑(Sb)位于元素周期表中第5周期VA族，不是生物体必需的元素。我国是世界上锑储量最丰富的国家。近年来，由于大规模锑矿开采、冶炼和加工，锑矿区附近的水体、土壤中的锑污染非常严重。进入地表环境中的Sb对人类健康构成了严重的威胁。Sb在人体内可与巯基结合，抑制琥珀酸氧化酶等的活性，破坏细胞内离子平衡，使细胞内缺钾，引起体内代谢紊乱，导致多系统、多脏器损害。因此，锑及其化合物被美国环保局及欧盟列为优先控制污染物。我国规定地表水中的锑不得超过5μg/L。总之，针对含锑废水的治理和控制意义重大。

目前比较成熟的除锑技术有吸附、沉淀/共沉淀、氧化还原、离子交换等，其中吸附法以其简单、经济、可再生等特点而被广泛应用。学者采用活性炭、海泡石、零价铁粉、纳米碳管、纳米铁等各种材料进行了去除水体中的锑的研究。例如，张道勇等研究了还原铁粉对水中Sb(III)去除效果，发现锑的去除效率在偏酸性条件下比较高，零价铁对Sb(III)去除能力约为8.21mg/g[地球与环境,2009,37(3):315-318]。李双双等研究铁改性海泡石对锑的吸附特性，结果表明，pH为6.9，改性后海泡石对Sb(III)最大吸附容量可达到21.6mg/g[环境工程学报,2009,3(3):485-488]。聚乙烯醇稳定纳米铁对Sb(III)和Sb(V)的最大吸附能力分别为6.99mg/g和1.65mg/g[ChemicalEngineeringJournal,2014,6(12):4268-4274]。当pH为7.0，温度为25℃时，多壁碳纳米管吸附去除Sb(III)，吸附能力为0.325mg/g[ChemicalEngineeringResearchandDesign,2013,91:1352-1360]。近期研究表明铁氧化物对锑的吸附去除效果不错，在此基础上铁锰、铁锆双金属氧化物得到了发展，铁锆双金属氧化物最大去除Sb(V)能力为51mg/g[JournalofEnvironmentalSciences2012,24(7)：1197-1203]；当pH＝5.0时，铁锰复合氧化物最大吸附容量达到127.84mg/g[环境科学学报,2012,32(2):270-275]。但是它们仍然存在一定的问题，首先铁锆双金属氧化物最大去除能力不高，其次，对铁锰复合氧化物来说，锰来源少，费用高。因此发明一种高效除锑且经济实用的材料对水体锑污染来说意义重大。本发明基于铁氧化物优良的除Sb性能，改变其紧密的块状结构，利用铁盐、铜盐在碱性条件下共沉淀，将具有海绵絮状结构的铜氧化物引入铁氧化物骨架中，制得铁铜氢氧化物前体，然后经低温煅烧，得比表面积大、除锑能力强的铁铜双金属氧化物，目前采用该铁铜双金属氧化物去除废水中高浓度Sb(V)还未见报道。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能高效去除水体中高浓度Sb(V)的铁铜双金属氧化物，该铁铜双金属氧化物为固体，具有较大比表面积，表面分布大量介孔，铁与铜的摩尔比或为3：1，或为2：1，或为1：1，或为1：2。

具体的，当铁与铜摩尔比为3：1时，铁铜双金属氧化物的比表面积为238.78m²/g，表面均匀分布2-3nm介孔。

本发明的目的之二在于提供上述铁铜双金属氧化物的制备方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

(1)分别配制0.617mol/L的FeCl₃溶液、0.5mol/L的CuSO₄溶液；

(2)将步骤(1)所得的FeCl₃溶液和CuSO₄溶液磁力搅拌混合均匀；

(3)在磁力搅拌下向步骤(2)所得混合溶液中缓慢滴加1.25mol/L的NaOH溶液，使溶液的pH维持在9-10；

(4)将步骤(3)制得的溶液继续反应1-3h，然后用离心分离、蒸馏水洗涤，重复三次，即得红棕色固体物质；

(5)将步骤(4)所得固体物质放在烘箱内干燥，干燥温度为75-95℃，干燥时间为24h，然后研磨即得产品。

具体的，步骤(2)中所述的FeCl₃溶液和CuSO₄溶液中，铁与铜的摩尔比或为1：2，或为1：1，或为2：1，或为3：1。

具体的，步骤(3)中，添加NaOH溶液后，所述混合溶液的pH维持在9.5。

具体的，步骤(4)中，将溶液继续反应2h。