[发明专利]一种铁氧化物/二氧化锰纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

一种铁氧化物/二氧化锰纳米复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。将可溶性亚铁盐和二价锰盐加入到乙醇水溶液中，然后加入碳酸铵溶液，反应得到铁锰复合物前体，将铁锰复合物前体加入到高锰酸钾溶液中反应即可，得到由纳米颗粒组成的具有多孔结构的微球。用于吸附水中的重金属离子。

技术领域

本发明涉及一种铁氧化物/二氧化锰复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

我国很多地区的地下水中重金属离子含量超出国家安全饮用水标准，严重威胁人们的生活和健康。纳米吸附剂对重金属离子具有良好的去除效果，目前已经有许多种纳米材料被应用于水处理中。

铁是地壳中含量最丰富的元素之一，并且铁元素环境友好，纳米结构的氧化铁能够直接应用于被污染的地点而不会引起二次污染。同时，纳米铁氧化物具有高的比表面积和良好的重金属离子亲和性，并且成本低，安全无毒，是最常用的水中污染物去除材料之一。广泛研究的NFeOs包括针铁矿(α-FeOOH)、赤铁矿(α-Fe₂O₃)、非晶水合氧化铁、磁赤铁矿(-Fe₂O₃)、磁铁矿(Fe₃O₄)和铁/氧化铁(Fe@Fe_xO_y)等。在过去的几十年里，纳米结构的锰氧化物也被开发用于吸附水中的阳离子或阴离子污染物如重金属离子、砷酸盐和磷酸盐。其中广泛研究的锰氧化物包括水合氧化锰(HMO)和纳米多孔/纳米隧道氧化锰。二氧化锰具有氧化还原特性，使其能够与水中污染物发生反应，能将毒性大难吸附的重金属离子氧化还原成毒性较低更易吸附的离子。

利用各组分间的协同作用制备复合材料，是提高纳米材料综合性能的可行性措施。由于地下水中通常含有多种重金属离子，通过将氧化铁和二氧化锰进行复合，制备出一种安全高效的多功能水处理材料对降低制备成本和简化工艺具有重要意义。同时，不同地区水中的重金属离子各不相同，通过简单调控吸附材料的成分实现其吸附性能的调节也将提高材料在水处理中的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁氧化物/二氧化锰的复合材料及其方法

本发明提供的制备铁氧化物/二氧化锰复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)按铁和锰的摩尔比为2/8～8/2称取一定量的可溶性亚铁盐和二价锰盐并加入到乙醇和水的混合液中，搅拌溶解得到溶液A；溶液中亚铁盐和二价锰盐浓度范围均为0.025～0.1mmol/L；乙醇和水的混合液中优选水和乙醇的体积比为7:1；

(2)将碳酸铵加入水中搅拌溶解，得到浓度为0.01～0.1mol/L的碳酸铵水溶液B；

(3)在搅拌条件下，将碳酸铵水溶液B加入到(优选快速加入，加入时间为1～10s)溶液A中，继续搅拌2～4h，优选为3h，得到铁锰复合物前体分散液，静置后可得棕色的沉淀物；洗涤沉淀物，60～100℃干燥后得铁锰复合物前体；

(4)取步骤(3)所得的复合物前体加入高锰酸钾溶液中反应10～20小时后，分离洗涤沉淀物，60～100℃干燥后得最终产物。

所述制备方法中，二价铁盐可为氯化亚铁或七水合硫酸亚铁中的一种或两种混合；锰盐可为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰中的一种或多种组合。

步骤(3)中碳酸铵与铁和锰的总摩尔比为1:(1-4)，优选1:3；

步骤(4)高锰酸钾溶液的浓度为0.02-0.05mol/L；优选每10ml高锰酸钾水溶液对应加入1-300mg复合物前体；