[发明专利]磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维的制备方法和应用

说明书

本发明提供了磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维的制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：（1）将四氧化三铁、六水合硝酸铈、十八水合硫酸铝、聚丙烯腈与有机溶剂混合，得到前驱体纺丝溶液；（2）利用静电纺丝设备，使所述前驱体纺丝溶液在100~150 kV/m下进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维；（3）将所述前驱体纳米纤维进行干燥，并在400~600℃下煅烧，得到所述磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维。所述磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维具有多孔纳米纤维结构，比表面积较大（39.50m²/g），易磁性分离，在广泛的pH范围内具有优异的除氟性能，吸附容量远高于传统的除氟剂，具有良好的循环使用性能，可广泛应用于工业含氟废水的治理。

技术领域

本发明涉及多孔纳米纤维材料，属于吸附材料技术领域。

背景技术

氟是人体不可或缺的微量元素之一，对人体具有双重作用。人体可以通过饮用水或从食物等多种方式摄入氟，摄入适量的氟有助于牙釉质和骨组织的形成，然而缺少氟或摄入量过多都会对人体健康造成危害。长期摄入高剂量的氟会引发氟骨症，如骨质疏松和骨骼变型，甚至损伤人体的神经系统、免疫系统等。国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)明确规定，生活饮用水中氟离子浓度不得超过1.0mg/L。然而，随着岩石风化和火山喷发等自然因素及铝加工、半导体和电镀等人为因素的相互影响，导致地下水的含氟量超标。因此研发高效、绿色、可循环使用的除氟材料已成为研究热点。

目前，去除饮用水中氟离子的常规技术主要有离子交换法、化学沉淀法、电渗析法、微和生物降解法等。然而上述方法存在成本高且易产生二次污染等缺点从而使其应用受限。吸附法具有操作简单、成本低、速度快、除氟效率高、绿色、可简单再生和适用范围广，广泛应用于含氟废水的治理领域。吸附法中吸附介质的种类至关重要，开发新型环境友好型、高效、廉价且易分离再生的吸附材料已成为国内外研究者的关注焦点。

在众多吸附剂中，铝、铈和铁等来源丰富、化学性能稳定且对氟离子亲和力能力强，而被用于除氟剂的制备。张海阳等人采用稀有金属盐浸渍法制备了铈盐Ce/γ-Al₂O₃的多孔吸附材料，作为除氟材料，在氟离子初始浓度为10mg/L时的吸附量为37.909mg/g[光谱学与光谱分析,2020,40(9):2869-2874]。Liu等人通过共沉淀法制备了Al-Ce吸附剂，在pH为6.0，氟离子平衡浓度为1.0mg/L时的吸附量为27.5mg/g[Journal of HazardousMaterials,2010,179:424-430]。然而上述方法制得的吸附剂均是固体颗粒，粒径小，存在不易固液分离，难以重复使用的缺点。

静电纺丝技术是一种简单高效、经济实用的制备纳米纤维膜的有效方法，电纺纳米纤维具有比表面积高，易分离回收等优点。近年来，以聚合物为模板，利用静电纺丝技术可将无机盐或功能性氧化物颗粒结合在聚合物纤维上，聚合物模板和无机盐分解经热处理制得具有多孔纤维结构的功能性金属氧化物。但是，通过这种方法合成磁性铈铝复合氧化物却鲜有报道。

发明内容

本发明提供磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维的制备方法和应用，至少在一定程度上解决现有技术中的问题。

本发明提供的磁性铈铝复合氧化物多孔纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将四氧化三铁(Fe₃O₄)、六水合硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)、十八水合硫酸铝(Al₂(SO₄)₃·18H₂O)、聚丙烯腈(PAN)与有机溶剂混合，得到前驱体纺丝溶液；

(2)利用静电纺丝设备，使所述前驱体纺丝溶液在100～150kV/m下进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维；