一種可回收重金屬離子的吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可回收重金屬離子的吸附劑及其制備方法，該方法簡單、安全、易實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，是一種綠色、高效的重金屬離子吸附劑；制備的產(chǎn)品可用于工業(yè)污水、生活用水重金屬離子的去除。本發(fā)明屬于納米科技領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬離子(Cd2+、Pb2+、Cu2+等)是常見的有毒污染物，水體、土壤及生物一旦受到重金屬離子的污染就很難去除，重金屬污染已給生態(tài)環(huán)境和人類自身造成嚴(yán)重危害。到現(xiàn)在為止，為了去除工業(yè)廢水中的重金屬離子，許多的方法已經(jīng)被發(fā)明，如:化學(xué)沉淀法、氧化還原沉積法、離子交換法以及膜過濾法等。雖然在分離重金屬離子方面，這些方法均展示了較高的效率。但在對(duì)廢水的治理方法中，吸附法由于具有效果顯著、操作簡單以及成本低廉等特點(diǎn)，而常作為一項(xiàng)核心技術(shù)被廣泛應(yīng)用。如馮冬燕在《功能材料》，2015，03，03009中就探討了石墨烯及其復(fù)合材料在重金屬離子吸附方面的研宄，相比于其他材料，碳材料可以在各種化學(xué)和物理環(huán)境內(nèi)展現(xiàn)更好的穩(wěn)定性能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，吸附劑本身的回收成為科學(xué)家的難題之一。
[0003]近年來，磁性納米材料的不斷發(fā)展，使其在醫(yī)學(xué)靶向藥物、磁性可回收催化劑領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。Shouhu Xuan 在 J.Phys.Chem.C 2009, 113，553 中報(bào)道了 Fe304/Ti0jf化劑，研宄表明:該催化劑可以利用磁場(chǎng)回收再利用，并且不會(huì)降低催化劑的活性。YufangZhu在RSC Adv.，2015，5，22365中報(bào)道了可靶向負(fù)載的DNA包覆的Fe304/Si02多孔結(jié)構(gòu)，可以負(fù)載藥物，并在溫度響應(yīng)下釋放。因此可以看出磁性納米顆粒的成功制備可實(shí)現(xiàn)功能材料的有效回收。顯而言之，如同時(shí)提高重金屬離子的吸附率，需制備高比表面積的磁性納米結(jié)構(gòu)。這樣，大的比表面積和高容量來吸附痕量的重金屬離子，進(jìn)而使廢水處理過程更加經(jīng)濟(jì)。
[0004]本發(fā)明提供了一種可回收重金屬離子吸附劑的制備方法，利用溶劑熱法制備的單分散S12OFe3O4OC核殼結(jié)構(gòu)微球，該結(jié)構(gòu)具有多孔、單分散性的特點(diǎn)，對(duì)重金屬離子有較高的吸附率，有望在實(shí)際污水處理行業(yè)嶄露頭角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可回收重金屬離子吸附劑的制備方法。
[0006]以不同粒徑S12微球?yàn)楹?，以二茂鐵為鐵源、丙酮為溶劑、雙氧水為催化劑，一定溫度下采用溶劑熱法制備的單分散S12OFe3O4OC核殼結(jié)構(gòu)微球，通過一定濃度氨水刻蝕3102后，得到類空心微球；通過對(duì)多種重金屬離子吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該材料有良好的吸附功會(huì)K。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結(jié)構(gòu)，其中核為多孔S12,殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成: (1)、在室溫下，將粒徑為140-200nm的S12粉體與二茂鐵加入到丙酮中，控制轉(zhuǎn)速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入雙氧水，然后在300W功率下超聲分散20_60min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:2-8mg:0.8-1.2ml:1ml的比例計(jì)算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170-200°C進(jìn)行反應(yīng)24-72h，所得的反應(yīng)液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應(yīng)液，控制轉(zhuǎn)速為3000-10000r/min進(jìn)行離心3-10min，用丙酮洗滌3-5次，然后再將所得的沉淀分散于30-60mL的去離子水中，然后加入與去離子水等體積的氨水，在300W功率下超聲分散1min后，置于水熱釜中，控制溫度為100_200°C進(jìn)行刻蝕l-10h，然后自然冷卻至室溫，然后控制轉(zhuǎn)速為3000-10000r/min進(jìn)行離心3-10min，用去離子水洗滌3_5次，然后控制溫度為40_60°C進(jìn)行干燥，即得核殼結(jié)構(gòu)的可回收重金屬離子的吸附劑；
上述的分散所用的去離子水的用量，按產(chǎn)生反應(yīng)液所用的步驟(I)中的粒徑為140-200nm的S12粉體:去離子水為Img:0.6-1.2ml的比例計(jì)算。
[0008]上述的一種可回收重金屬離子的吸附劑，可用于在含有重金屬的水溶液中吸附重金屬離子，可回收重金屬離子的吸附劑的加入量，按可回收重金屬離子的吸附劑:含有重金屬的水溶液為5g:1L的比例計(jì)算；
所述的含有重金屬的水溶液中重金屬離子的濃度為0.l-1000mg/L，優(yōu)選為l-10mg/L ； 所述的重金屬離子為Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+及Co 2+中至少一種。
[0009]上述的一種可回收重金屬離子的吸附劑用于在含有重金屬的水溶液中吸附重金屬離子的方法，步驟如下:
將可回收重金屬離子的吸附劑加入到含有重金屬的水溶液中，在300W功率下超聲分散1s后，靜置15min，即完成含有重金屬的水溶液中重金屬離子的吸附，然后再用磁鐵進(jìn)行回收可回收重金屬離子的吸附劑。
[0010]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種可回收重金屬離子的吸附劑，由于采用了以核為多孔S12，殼為Fe3O4OC的核殼結(jié)構(gòu)，相比現(xiàn)有碳材料吸附劑，具有高比表面積、易回收的優(yōu)勢(shì)；本發(fā)明的吸附劑具有吸附多種重金屬離子的能力，吸附率均可達(dá)70%以上。
【附圖說明】
[0011]圖1、實(shí)施例1所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的透射電鏡圖；
圖2、實(shí)施例2所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的透射電鏡圖；
圖3、實(shí)施例2所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的能譜圖；
圖4、實(shí)施例2所得的可回收重金屬離子的吸附劑對(duì)濃度為lmg/L濃度的重金屬離子標(biāo)的物Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+，Co2+的水溶液的吸附率情況；
圖5、實(shí)施例3所得的可回收重金屬離子的吸附劑對(duì)濃度為10mg/L濃度的重金屬離子標(biāo)的物Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+，Co2+的水溶液的吸附率情況。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0013]本發(fā)明的各實(shí)施例中所述各原材料均能從公開商業(yè)途徑購買得到。
[0014]實(shí)施例1
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結(jié)構(gòu)，其中核為多孔S12,殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、在室溫下，將50mg粒徑為140nm的S12粉體與0.2g 二茂鐵加入到60ml丙酮中，控制轉(zhuǎn)速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入2ml雙氧水，然后在300W功率下超聲分散20-60min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:4mg: 1.2ml:1ml的比例計(jì)算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170°C進(jìn)行反應(yīng)72h，所得的反應(yīng)液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應(yīng)液，控制轉(zhuǎn)速為3000r/min進(jìn)行離心3min，用丙酮洗滌3次，然后再將所得的沉淀分散于30mL的去離子水中，然后加入與去離子水等體積的氨水，在300W功率下超聲分散1min后，置于水熱釜中，控制溫度為100-200°C進(jìn)行刻蝕l_10h，然后自然冷卻至室溫，然后控制轉(zhuǎn)速為3000r/min進(jìn)行離心3min，用去離子水洗滌3次，然后控制溫度為40°C進(jìn)行干燥，即得核殼結(jié)構(gòu)的可回收重金屬離子的吸附劑；
上述分散所用的去離子水的用量，按產(chǎn)生反應(yīng)液所用的步驟(I)中的粒徑為140-200nm的S12粉體:去離子水為Img: 0.6ml的比例計(jì)算。
[0015]采用透射電鏡(FEI，TECNAI G2F20)儀器對(duì)上述所得的可回收重金屬離子進(jìn)行掃描，所得的透射電鏡圖如圖1所示，從圖1中可以看出所得的可回收重金屬離子的吸附劑為核殼結(jié)構(gòu)。
[0016]實(shí)施例2
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結(jié)構(gòu)，其中核為S12，殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、在室溫下，將50mg粒徑為180nm的S12粉體與0.1g 二茂鐵加入到40ml丙酮中，控制轉(zhuǎn)速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入2ml雙氧水，然后在300W功率下超聲分散40min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:2mg: 0.8ml:1ml的比例計(jì)算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170-180°C進(jìn)行反應(yīng)48h，所得的反應(yīng)液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應(yīng)液，控制轉(zhuǎn)速為5000r/min進(jìn)行離心6min，用丙酮洗滌4次，然后再將所得的沉淀分散于40mL的去離子水中，然后加入與去離