[发明专利]一种利用钢铁酸洗废液制备EDA-Fe3O4纳米颗粒的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用钢铁酸洗废液制备EDA-Fe₃O₄纳米颗粒的方法及EDA-Fe₃O₄纳米颗粒在含Cr(VI)废水处理中的应用。 

背景技术

四氧化三铁纳米颗粒作为一种重要的磁性材料，已成功应用于催化、医药、生物学、能源、吸附等领域，成为当今国际研究的热点之一。目前，制备纳米四氧化三铁的方法主要有化学共沉淀法、水热法、物理协助法等。其中，化学沉淀法作为最廉价的制备方法，但仍需要消耗大量的铁盐，从而限制了纳米四氧化三铁的工程应用。在钢铁行业中，酸洗是必不可少的工艺流程，用酸清洗钢铁表面的铁锈后即产生了大量的酸洗废液，其产生量约占钢铁产量的2%。钢铁酸洗废液含有铁氧化物制备过程中所必须的铁离子，其浓度高达120 g/L以上，极具回收利用的潜力。如果将这些废液弃之不用，不仅会浪费资源，同时提高废水处理的压力。因此，直接利用钢铁酸洗废液制备四氧化三铁，将具有巨大的环境效益和经济效益。 

近年，随着含铬废水的大量排放，Cr(VI)已经成为全球最主要的重金属污染物之一。由于Cr(VI)容易在环境介质中迁移且具有高毒性，因此其容易被人体接触并造成危害，严重时可引起致癌作用。Cr(VI)的处理方法主要包括化学沉淀、离子交换、生物修复和吸附法等。与其他方法相比，吸附法具有可回收的优势。但是，一般的吸附材料，比如活性炭，往往存在回收操作难度大、吸附容量损失、再生成本高等问题。作为一种新兴的吸附材料，纳米四氧化三铁具有许多优点，例如比表面积大、反应活性高和吸附能力强等特性，尤其是可以利用磁性容易使吸附剂和吸附质分离，并进行回收利用。 

纳米四氧化三铁在吸附过程中存在吸附容量低、杂质离子发生竞争吸附等问题，因此对纳米四氧化三铁进行修饰改性，使其具有高选择性以及高吸附性，具有重要的意义。为了提高四氧化三铁的吸附容量，羧基、巯基、羟基等功能团已被用作修饰剂对吸附剂进行改性。然而，利用羧基、巯基、羟基对四氧化三铁颗粒进行修饰，修饰产物对废水中的重金属离子进行吸附，还未达到较为理想的效果。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用钢铁酸洗废液制备EDA-Fe₃O₄纳米颗粒的方法及EDA-Fe₃O₄纳米颗粒在含Cr(VI)废水处理中的应用。 

本发明所采取的技术方案是： 

一种利用钢铁酸洗废液制备EDA-Fe₃O₄纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

（1）将钢铁酸洗废液于磁力水浴锅中进行搅拌加热，然后以氮气保护形成缺氧体系；

（2）向上步体系中滴加氨水，至反应体系pH达到9～11，并继续加热搅拌反应；

（3）反应结束后，将体系中所产生的黑色沉淀分离出来，得到纳米四氧化三铁前驱体；

（4）将上步得到的纳米四氧化三铁前驱体与乙二胺进行充分反应，反应结束后磁性分离，将分离得到的物质洗涤至中性，干燥，即可。

步骤（1）中，加热的温度为60-80℃，加热的时间为5-20min。 

步骤（2）中，氨水的滴加速度为4-7mL/min。 

步骤（2）中，继续加热搅拌反应的时间为2-4h。 

步骤（3）中，将体系中所产生的黑色沉淀分离出来的方法为磁性分离。 

步骤（4）中，乙二胺与纳米四氧化三铁前驱体的摩尔比为10-30：1。 

步骤（4）中，纳米四氧化三铁前驱体与乙二胺进行充分反应的环境为超声环境。 

钢铁酸洗废液中总铁的含量为80～200g/L。 

氨水的浓度为2.5-4mol/L。 

EDA-Fe₃O₄纳米颗粒在含Cr(VI)废水处理中的应用。 

本发明的有益效果是：本发明的制备方法简单可行，所得到的纳米颗粒纯度高，所制得的纳米颗粒可以有效吸附去除废水中的六价铬；本发明的方法可以实现变废为宝，将钢铁酸洗废液进行资源化回收，可以产生较大的经济社会效益； 

（1）本发明所述的制备方法操作简单，制备反应条件温和，而且耗时短，能耗低，成本低，能有效地将钢铁酸洗废液中的铁离子充分转化为纳米四氧化三铁；