[发明专利]一种重金属离子吸附剂铁氧体空心球MFe2O4

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和环境水处理技术领域，具体涉及一种重金属离子吸附剂铁氧体空心球MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）及其制备方法。 

背景技术

吸附材料的吸附能力和吸附效率取决于吸附剂的比表面积、孔结构及表面结构。现有技术中，多数吸附剂是多孔性材料，从而提供足够的吸附表面积，而有大的比表面积和扩散阻力的吸附剂的发展在实际工程应用上是非常重要的。吸附材料一般要求有：对吸附质有强烈的吸附能力；不与吸附质和介质发生化学反应；制造方便，容易再生；有良好的机械强度等。降低尺寸、增大孔结构和比表面积是提高吸附能力和吸附效率的三种途径，但尺寸、孔结构和比表面积一般是相关联的。一般来讲，尺寸减小则孔结构降低。因而如何协同调控尺寸、孔结构和比表面积，实现吸附能力和吸附效率大幅度增加一直是吸附材料学家和物理学家追求的目标。

MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）属于一种立方晶系化合物，具典型的逆尖晶石型结构；该化合物是一种亚铁磁体材料，在纳米级别可表现出低温超顺磁性，饱和磁化强度比较高，易于磁分离，被认为是最具有应用前景的吸附材料之一。现有技术中，对该化合物的制备工艺、吸附性能和晶体结构已经进行了较为广泛的研究，根据现有文献报道，该化合物对铬和砷的吸附能力在常温下可达4.38 mg/g 和4.65 mg/g （Liang-Shu Zhong, Jin-Song Hu, ｅｔｃ．， Advanced Materials, Vol. 18, pp. 2426-2431, 2006）。对于MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物的制备，现有技术中报道有在惰性气体气氛下的碱性共沉淀法制备，但是这种制备方法制备过程复杂，反应条件苛刻，合成成本比较高。近年来，也有报道采用水热法、氩气气氛下的煅烧退火等工艺制备高性能的MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物的记录（如中国专利号2011101096578，一种微纳结构四氧化三铁多孔球及其制备方法），但是现有技术中所制备的MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物的吸附能力仍然十分有限，最大吸附能力仅有44.82mg/g，因而限制了MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物作为吸附剂材料的使用。

现有技术认为，由于纳米尺度的微结构缺陷、粗糙的表面及大的比表面积的引入会使吸附剂与吸附质的相对接触面积变大，从而降低吸附能，提高吸附效率和吸附能力。因此，各种各样的磁性吸附纳米材料被制备出来。现有技术中，针对MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物的纳米结构已经进行了广泛的研究（S. Schlecht，Ye．Q．L., ｅｔｃ．，Applied Physics Letters，Vol．94，pp，063114，2009；Klas， Sivan，ｅｔｃ．Journal of hazardous materials，Vol．193，pp 59–64，2011；Hyeon T．，Chemical Communications，Vol．8，pp. 927–934，2003；Mayo，J．T．ｅｔｃ．Science and Technology of Advanced Materials，Vol.8，pp，71-75, 2007；Li ｅｔｃ．Journal of hazardous materials，Vol，192，pp. 277-283, 2011）。但是这些研究报道中所制备的MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物产品对铬和砷的最高吸附能力仍然较为有限，因此，需要进一步研究探索提高MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）化合物对铬和砷吸附能力的新的制备方法。 

发明内容

本发明目的在于提供一种重金属离子吸附剂铁氧体空心球MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）及其制备方法，所制备的重金属离子吸附剂铁氧体空心球MFe₂O₄（M=Fe、Co、Mn或Zn）针对铬和/或砷离子具有较强的吸附能力。

本发明所采取的技术方案如下：