一種磁性腐殖酸納米材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性腐殖酸納米材料及其制備方法和應(yīng)用，所述的磁性腐殖酸納米材料等電點(diǎn)在pH=3.2時(shí)，在pH大于3.2到9.5之間帶負(fù)電；所述的磁性腐殖酸的磁感應(yīng)強(qiáng)度是62.88emu/g；所述的磁性腐殖酸為準(zhǔn)球形形狀；所述磁性腐殖酸含有22%腐殖酸；所述磁性腐殖酸的結(jié)構(gòu)是磁性Fe3O4晶體外表面包裹了腐殖酸；在所述的磁性腐殖酸納米材料中，腐殖酸和Fe3O4主要通過(guò)配位連接。本發(fā)明的磁性腐殖酸納米顆粒，廉價(jià)環(huán)保，在對(duì)去除廢水中的陽(yáng)離子染料方面有很高的去除效率，并且具有很高的回收利用率，因此在染料吸附、水處理以及作為吸附劑在眾多領(lǐng)域中均具有廣泛的用途，具有很好的實(shí)用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種磁性腐殖酸納米材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種磁性腐殖酸納米材料及其制備方法和應(yīng)用?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的發(fā)展，水污染日益嚴(yán)重，其中一個(gè)主要污染種類(lèi)就是染料。染料廢水存在于紡織廢水、造紙廢水、塑料廢水、食品和化妝品廢水等化工業(yè)廢水中，這些廢水的高色度阻止了光線的進(jìn)入影響了水生物的光合作用。有些染料還可以螯合重金屬離子，危害魚(yú)類(lèi)和其他水生動(dòng)植物。另外，很多染料自身就是有毒的甚至致癌的。因此，研究水體中染料的去除有著很重要的環(huán)保意義。
[0003]現(xiàn)在有很多種處理水體中染料的方法，比如吸附、絮凝、化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化和光催化氧化等技術(shù)。吸附技術(shù)在這些技術(shù)中呈現(xiàn)了很多優(yōu)點(diǎn)。最近幾年，很多吸附材料都開(kāi)始研究來(lái)自自然界的天然聚合物比如像腐殖酸、殼聚糖、以及淀粉，由于這些材料易得、廉價(jià)、易降解、無(wú)毒、易改性，而且還可以廢物再利用。腐殖酸來(lái)源于自然界動(dòng)植物腐爛降解的殘留物，有很多活潑的基團(tuán)比如羧基、羥基、酚羥基和氨基等，腐殖酸上的這些活潑基團(tuán)可以進(jìn)行化學(xué)改性使之成為吸附材料。研究發(fā)現(xiàn)吸附劑越小吸附效率越高，但是吸附劑過(guò)小會(huì)給吸附完成后的分離帶來(lái)困難，所以磁性納米級(jí)吸附材料在這方面的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了，納米級(jí)顆粒既可以提高吸附效率，而且吸附后的分離很容易只要通過(guò)外加磁場(chǎng)作用就可以輕易把吸附劑從溶液體系中分離出來(lái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種磁性腐殖酸納米材料，對(duì)去除廢水中的陽(yáng)離子染料方面有很高的去除效率，并且具有很高的回收利用率，滿(mǎn)足使用需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述磁性腐殖酸納米材料的方法。本發(fā)明還有一目的是提供一種上述磁性腐殖酸納米材料的用途。
[0005]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種磁性腐殖酸納米材料，所述的磁性腐殖酸納米材料等電點(diǎn)在pH=3.2，在pH大于3.2到9.5之間帶負(fù)電；所述的磁性腐殖酸的磁感應(yīng)強(qiáng)度是62.88emu/g ;所述的磁性腐殖酸為準(zhǔn)球形形狀；所述磁性腐殖酸含有22%腐殖酸；所述磁性腐殖酸的結(jié)構(gòu)是磁性Fe3O4晶體外表面包裹了腐殖酸；在所述的磁性腐殖酸納米材料中，腐殖酸和Fe3O4主要通過(guò)配位連接。
[0007]一種制備所述的磁性腐殖酸納米材料的方法:取6.1g FeCl3 ? 6H20和4.2gFeSO4 ? 7H20溶于IOOmL水中，然后加熱到90°C，再迅速加入IOmL的25%的氨水，最后加入50mL的腐殖酸，然后90°C下加熱30min后，冷卻至室溫；過(guò)濾獲得黑色沉淀，用超純水洗滌黑色沉淀至中性，得到黑色沉淀物，即為磁性腐殖酸納米材料顆粒。
[0008]在該制備方法中，使Fe3+與Fe2+的摩爾比為2:1，因?yàn)镕e2+容易被氧化所以Fe2+要稍微過(guò)量；氨水的加入量要保證鐵離子能沉淀下來(lái)；腐殖酸加入量要保證能把鐵離子包裹起來(lái)。
[0009]所述磁性腐殖酸納米材料作為吸附劑的應(yīng)用。
[0010]所述磁性腐殖酸納米材料在染料吸附和在水處理中的應(yīng)用。
[0011 ] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的磁性腐殖酸納米顆粒，廉價(jià)環(huán)保，通過(guò)對(duì)該磁性納米腐殖酸材料進(jìn)行的物理和化學(xué)分析方面的表征，發(fā)現(xiàn)其為準(zhǔn)球形形狀，結(jié)構(gòu)是磁性Fe3O4晶體外表面包裹了腐殖酸，腐殖酸和Fe3O4主要通過(guò)配位連接；其等電點(diǎn)為pH3.2，在pH大于3.2到9.5之間帶負(fù)電；磁感應(yīng)強(qiáng)度是62.88emu/g ;含有22%腐殖酸。同時(shí)對(duì)其吸附性能研究發(fā)現(xiàn)對(duì)去除廢水中的陽(yáng)離子染料方面有很高的去除效率，并且具有很高的回收利用率，因此在染料吸附、水處理以及作為吸附劑在眾多領(lǐng)域中均具有廣泛的用途，具有很好的實(shí)用性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是磁性腐殖酸、純腐殖酸和磁性Fe3O4紅外光譜圖；
[0013]圖2是磁性腐殖酸的zeta電位圖；
[0014]圖3是磁性腐殖酸和磁性Fe3O4的磁滯回線圖；
[0015]圖4是磁性腐殖酸納米材料的透射電鏡圖；
[0016]圖5是磁性Fe3O4、磁性腐殖酸和純腐殖酸的熱重圖；
[0017]圖6是磁性Fe3O4和磁性腐殖酸的XRD圖；
`[0018]圖7是磁性腐殖酸吸附亞甲基藍(lán)染料的pH值影響結(jié)果圖；
[0019]圖8是磁性腐殖酸吸附動(dòng)力學(xué)圖；
[0020]圖9是磁性腐殖酸吸附等溫線圖；
[0021]圖10是磁性腐殖酸吸附劑的循環(huán)利用圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例1磁性腐殖酸納米材料的制備
[0024]采用共沉淀方法制得磁性腐殖酸納米材料，具體過(guò)程如下:
[0025]取6.1g FeCl3 ? 6H20 和 4.2g FeSO4 ? 7H20 溶于 IOOmL 水中，然后加熱到 90。。，再迅速加入IOmL的25%的氨水,最后加入50mL的腐殖酸,然后90°C下加熱30min后冷卻至室溫。反應(yīng)后的黑色沉淀物用超純水洗滌至中性，得到黑色沉淀物，即為磁性腐殖酸納米材料顆粒。
[0026]對(duì)所制備的磁性腐殖酸納米材料顆粒進(jìn)行物理和化學(xué)表征，具體如下:
[0027]磁性腐殖酸、磁性純Fe3O4和純腐殖酸的紅外圖如圖1所示，可以看出磁性腐殖酸在582CHT1處有Fe-O的拉伸振動(dòng)，在1630CHT1處是C=O拉伸振動(dòng)，在此位置羧酸根陰離子和鐵氧化物結(jié)合，可見(jiàn)腐殖酸和Fe3O4主要通過(guò)配位連接在一起。
[0028]磁性腐殖酸的Zeta電位圖如圖2所示，表明磁性腐殖酸的等電點(diǎn)大約在pH=3.2附近，這是由于腐殖酸分子中羧基基團(tuán)的作用使得等電點(diǎn)處的pH小于7。從zeta電位圖可以看出磁性腐殖酸在pH=3.2~9.5之間是帶負(fù)電的，所以該磁性腐殖酸納米材料可以吸附陽(yáng)離子型吸附質(zhì)。
[0029]磁滯回線圖如圖3所示表明，磁性腐殖酸的磁感應(yīng)強(qiáng)度是62.88emu/g，這較高的磁強(qiáng)度使得吸附劑磁性腐殖酸能在外加磁場(chǎng)中很容易的分離和收集。
[0030]磁性腐殖酸的透射電鏡圖如圖4所示，表明磁性腐殖酸是準(zhǔn)球形形狀，直徑大約IOnm左右。
[0031]磁性Fe304、磁性腐殖酸和純腐殖酸的熱重曲線如圖5所示，可以看出，純Fe3O4納米顆粒含有1%的水，其余部分是無(wú)機(jī)物Fe3O4的含量；樣品腐殖酸含有1%的水，并且有機(jī)成分含量為45% ;磁性腐殖酸含有22%腐殖酸。
[0032]Fe3O4和磁性腐殖酸的X射線衍射圖如圖6所示表明，磁性腐殖酸的結(jié)構(gòu)是磁性Fe3O4晶體外表面包裹了腐殖酸。
[0033]實(shí)施例2磁性腐殖酸對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附性能
[0034]實(shí)驗(yàn)藥品:腐殖酸(阿拉丁公司)，六水合氯化鐵和七水合硫酸亞鐵(國(guó)藥集團(tuán))，氨水，鹽酸，氫氧化鈉和醋酸(上海試劑公司)，亞甲基藍(lán)(天津化學(xué)試劑公司)，所有試劑都是分析純級(jí)別。
[0035]亞甲基藍(lán)的濃度用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在662nm處測(cè)吸光度。
[0036]吸附量q的計(jì)算用公式:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種磁性腐殖酸納米材料，其特征在于:所述的磁性腐殖酸納米材料等電點(diǎn)在PH3.2，在pH大于3.2到9.5之間帶負(fù)電；所述的磁性腐殖酸的磁感應(yīng)強(qiáng)度是62.88emu/g ；所述的磁性腐殖酸為準(zhǔn)球形形狀；所述磁性腐殖酸含有22%腐殖酸；所述磁性腐殖酸的結(jié)構(gòu)是磁性Fe3O4晶體外表面包裹了腐殖酸；在所述的磁性腐殖酸納米材料中，腐殖酸和Fe3O4主要通過(guò)配位連接。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的磁性腐殖酸納米材料的方法，其特征在于:取6.1gFeCl3 ? 6H20和4.2g FeSO4 ? 7H20溶于IOOmL水中，然后加熱到90°C，再迅速加入IOmL的25%的氨水,最后加入50mL的腐殖酸,然后90°C下加熱30min后,冷卻至室溫；過(guò)濾獲得黑色沉淀，用超純水洗滌黑色沉淀至中性，得到黑色沉淀物，即為磁性腐殖酸納米材料顆粒。
3.權(quán)利要求1所述磁性腐殖酸納米材料作為吸附劑的應(yīng)用。
4.權(quán)利要求1所述磁性腐殖酸納米材料在染料吸附和在水處理中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103752281SQ201410026441
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】陳榮平, 張銀龍, 王曉燕, 魏慶芝, 馬愛(ài)軍, 蔣為民, 吳光前, 沈連峰, 秦衛(wèi)華 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)