[发明专利]一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用。该空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；外壳层为镧化合物材料，且镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。本发明通过以空心结构的四氧化三铁材料为内壳层、氧化镧和/或氢氧化镧为外壳层，充分结合镧材料的特异性砷吸附性能与磁性铁材料超顺磁性的特点，实现低浓度砷污染废水净化与吸附剂快速分离的目标，绿色高效，并扩大铁、镧吸附剂在砷废水处理中的应用；本发明的制备方法简单、成本低廉。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用。

背景技术

砷是地下水中最具毒性和致癌性的准金属污染物之一，影响着全球70多个国家超过1.5亿人的生命健康安全。在我国，通过对长江黄河流域的调查发现，自然水体中砷污染的浓度在0.1～2000μg/L范围之内，如何处理这一低浓度砷污染废水成为研究人员迫切关注的问题。

近年来，已经进行了大量的研究工作以寻求用于去除水中砷污染的方法，例如凝结-絮凝、离子交换、氧化、植物修复、膜技术和电化学等。但是，由于投资高，可能引入二次污染，以及需要严格的反应条件等缺点，这些方法难以广泛应用于砷污染废水处理中。吸附作为一种方便、高效、低成本的成熟方法，一直是研究的重点。然而，传统的吸附材料如铁、铝、活性炭等大多只在高浓度砷条件下(＞5mg/L)才能表现出优异的去除性能，此外，即使是处理过后的废水里，水中仍残留有大量的砷(＞1mg/L)，必须进行后续深度处理才能达标排放，经济效益差，处理周期长。

据此，开发新型高效环保的吸附剂不失为一种可行的途径。近年来，由于几种稀土元素制备的吸附剂具有良好的化学性能，因此它们在水处理应用中受到了广泛关注。这其中，稀土元素镧，其化学性质最为活泼，且分布广泛、储量丰富，因而成为了稀土研究的首选材料之一。另一方面，许多研究表明，相比铁、铝等常规吸附材料，镧基吸附剂具有更多表面官能团，且对As(V)具有优异的亲和性能。然而，纯净的镧材料难以回收，极易造成二次污染，低分离效率限制了镧基吸附剂的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种空心的磁性铁/镧纳米微球及其制备方法和应用，解决现有技术中纯净的镧材料除砷后难以回收、易造成二次污染的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球，该空心的磁性铁/镧纳米微球由内至外依次包括内壳层和外壳层；

内壳层为具有空心结构的四氧化三铁材料；

外壳层为镧化合物材料，且镧化合物为氧化镧和/或氢氧化镧。

本发明的第二方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法，包括以下步骤：

将四氧化三铁作为内壳层包覆于二氧化硅表面，得到初级纳米微球；

将镧化合物作为外壳层包覆于初级纳米微球表面，得到复合纳米微球；

去除复合纳米微球中的二氧化硅，得到空心的磁性铁/镧纳米微球。

本发明第二方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的制备方法用于制备本发明第一方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球。

本发明的第三方面提供了一种空心的磁性铁/镧纳米微球的应用，该空心的磁性铁/镧纳米微球作为吸附剂脱除水中砷。

本发明第三方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球的应用中所用的空心的磁性铁/镧纳米微球为本发明第一方面提供的空心的磁性铁/镧纳米微球。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：