[发明专利]一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于环境修复技术领域，具体公开了一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料及其制备方法与应用。用凝胶法合成镧和锰双掺杂的铁酸铋纳米材料，利用镧锰双掺杂的铁酸铋的压电性质对微塑料中的目标污染物进行压电催化降解，然后利用其磁性进行快速回收。本发明是一种新的且具有成本效益的水体污染物降解方法，利用材料的磁性和水体机械力带来的压电作用可实现水体微塑料中污染物的快速循环降解，对环境友好、利用价值高、工艺流程简单、可操作性强，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，特别涉及一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

微塑料体积小，肉眼难以辨别，极易进入水生生物体内，而其作为载体携带的各种污染物便可对环境和有机体造成严重的危害。微塑料吸附的微污染物由于体量小、富集性强、迁移范围广，已经成为海洋等水体污染修复的一大难题，其中个人药品及护理品(PPCPs)则是一种典型的微污染。卡马西平、双氯芬酸药物等作为典型的镇痛药，虽然在人类医疗护理上发挥显著作用，但由于其滥用乱用，在自然水体中的浓度也在逐渐增大，这类溶解性药物会依附在微塑料中进入水生生物和人类的体内，过量卡马西平的摄入会致使有机体神经系统与造血系统的紊乱，造成严重的危害。因此，寻找开发一种经济高效、针对性强的水体微塑料中卡马西平类污染物的处理技术迫在眉睫。

利用水流带动的机械能形成的压电催化效应则是水体污染处理手段的一大创新技术。所谓压电催化效应是指通过超声、搅拌、水流和挤压等方式对压电材料施加机械应力，使压电材料内部发生电势极化，产生大量电子和空穴。极化出来的电子和空穴可以与水分子等物质反应生成活性氧物质，这些活性氧物质可以高效降解水体中的污染物。

然而，目前绝大多数压电材料都被设计成纳米级的结构，这种细微晶体的结构虽然具有较大比表面积和较多的反应活性位点，且能进入微塑料结构内进行深度微污染的处理，但是在回收处理上具有一定难度，除了难以将进入微塑料中的压电材料分离出来，在流动的水相当中该材料也面临着流失损耗的风险以及迁移带来的二次污染问题。因此开发一种快速回收循环使用纳米压电材料的方法将会是压电催化降解水体微污染的重大突破口。

发明内容

为了克服上述水体微污染处理难题和传统铁酸铋纳米材料的不足，本发明的目的在于提供一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料。

本发明再一目的在于提供上述镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料在磁分离压电催化净化微塑料附着微污染物中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料的制备方法，通过以下步骤制备得到：

将五水硝酸铋、九水硝酸铁、四水硝酸锰和六水硝酸镧混合溶解在有机溶剂中；然后加入酒石酸，继续搅拌至凝胶状，并将凝胶状混合物烘干形成干凝胶；再将干凝胶煅烧，待反应结束后冷却至室温，得到镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料。

优选的，所述五水硝酸铋、九水硝酸铁、四水硝酸锰和六水硝酸镧的摩尔比为3～6：3～6：0.25～0.60：0.25～0.60。最优选为5：5：0.26：0.56。所述五水硝酸铋与有机溶剂的摩尔体积比为3～6mmol：35～50mL。

所述酒石酸与有机溶剂的摩尔体积比为3～6mmol：35～50mL。

所述有机溶剂为乙二醇或丙酮。

所述烘干温度为50～80℃，更优选为60℃。

所述煅烧温度为400～600℃，更优选为550℃；煅烧时间为1～3h，更优选为2h。

一种镧锰双掺杂的铁酸铋纳米材料，通过上述方法制备得到。