[发明专利]一种铃铛型结构Fe@SiO2

说明书

本发明属于环境纳米材料领域，尤其涉及一种铃铛型结构Fe@SiO₂复合微球的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将三氯化铁加入水中溶解，并加入盐酸搅拌均匀，转移到机械搅拌反应釜中，在100～160℃条件下水热反应12～24h，得到α‑Fe₂O₃纳米微球；步骤二，将步骤一制备的α‑Fe₂O₃纳米微球按固液比1g∶60ml～1g∶120ml分散到20vol％‑98vol％的乙醇中，加入氨水搅拌均匀，随后加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，20～30℃下超声处理2～4h，形成核壳结构α‑Fe₂O₃@SiO₂复合微球；步骤三，将步骤二得到的核壳结构α‑Fe₂O₃@SiO₂复合微球分散到盐酸中，搅拌反应6～12h，制得α‑Fe₂O₃@SiO₂中空复合微球；步骤四，将步骤三得到的α‑Fe₂O₃@SiO₂中空复合微球在还原气氛下煅烧处理，洗涤，磁分离，形成铃铛型结构Fe@SiO₂复合微球。本发明结构可控，稳定性高，分散性好，不易团聚，吸附能力强。

技术领域

本发明属于环境纳米材料领域，尤其涉及一种铃铛型结构Fe@SiO₂复合微球、制备方法及其应用。

背景技术

地下水因其水质良好、供水稳定，已成为生活用水、工业以及农业灌溉的重要水源。地下水一旦污染，污染物便会随着地下水的流动向含水层扩散，直接或者间接的威胁人类和动植物的安全。工业废水和生活污水是我国地下水的主要污染源。目前我国地下水正面临着由点到面、由浅及深、由城市蔓延到农村且污染程度日益加重的趋势。其中在众多地下水贵金属污染中如铬、砷，镉、铅等，以 Cr(VI)在工业中的大量使用和不合理排放、泄露导致的Cr(VI)污染尤为严重，我国许多地方的地下水中Cr(VI)严重超标。

镉是一种自然元素，广泛存在于土壤、动植物体、火山灰等中。Cr(VI)、 Cr(III)和Cr(0)是铬常见的三种形态。Cr(III)产生于自然界，毒性较小，迁移性较弱，是人体内的一种必需元素。Cr(VI)毒性较强，具有致癌、致畸和致突变作用，且能在动植物体内富集，通过食物链影响人类的生命和健康。因此对地下水中六价铬的修复是当前面临的严峻问题。

由于金属铁具有较强的还原能力、反应速度快且成本低廉等特点，因而将其应用于去除环境中的各种污染物是很好的选择。对于地下水修复而言，纳米级零价铁在处理环境污染物中表现出明显的优势，一方面由于纳米铁颗粒粒子较小，易在地下水中流动迁移，并且可以在溶液中悬浮分散较长时间与污染物反应，故可以采用直接注入污染位置对地下污染物进行修复，另一方面由于纳米铁颗粒可以被外加磁场控制，因而可以定点定向进行治理，与此同时能够在环境修复后被快速分离回收。但是在实际的工程应用中，纳米铁材料易团聚形成絮状体，使其活性降低，且在环境中易被氧化，这都大大限制了其原位修复能力，是当前纳米铁材料的制备和使用亟待解决的问题。

二氧化硅由于具有熔点高、亲水而不溶于水、化学性质稳定、制备简单等特点因而成为壳材料的最佳选择之一。二氧化硅材料作为外壳层，对纳米铁材料进行包覆，不仅可以保护铁核不被氧化或者腐蚀，而且可以屏蔽铁纳米粒子之间的偶极相互作用，阻止粒子发生团聚，提高核壳粒子在水中的悬浮特性和稳定性。

因此，设计制备一种结构可控、稳定性高、修复六价铬性能良好的纳米复合材料在环境污染物治理领域将具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在提供一种简便的方法设计制备出结构可控、稳定性高、修复六价铬性能良好的铃铛型结构Fe@SiO₂复合微球、制备方法及其应用。