[发明专利]铁氧化物磁性复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料的制备和应用领域，具体涉及一种铁氧化物磁性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的迅猛发展，进入环境中的重金属含量逐渐增加。由于重金属的生态毒性、不可降解性等特点，使得环境中重金属的处理比较困难。另外，重金属在环境介质，如水体，土壤，能进行蓄积，超过环境容量会带来一些不良的环境影响。更为严重的是，重金属能通过生态食物链最终进入人体，会导致生理上的疾病，危害人类健康。

因此，重金属废水处理的关键在于将重金属从水溶液中分离出来，即把重金属先固定下来，然后将固定的部分分离出水相，最终达到去除重金属的目的。传统的处理方法，如絮凝、沉淀，在一定程度上能将重金属固定下来。但是随着外界环境条件，如pH，离子强度等的变化，被固定下来的重金属含量会发生变化，而且被固定下来的重金属也会重新进入环境，降低处理效率。随着一些新型吸附剂的合成，重金属的处理成为热点，吸附已成为去除污染物的重要手段。具有高吸附容量的活性炭、沸石、羟基磷灰石等吸附剂已被广泛地研究并应用于环境污染物的处理；但吸附处理后，这些吸附剂难于分离回收，或者回收繁琐。如今，纳米材料也因其粒径太小而难于回收，难以推广于实地修复处理。

磁性材料由于其自身优越的特点而被广泛用于处理环境污染物的研究。铁氧化物在环境中存在较丰富，如在沉积物中能结合重金属而降低其生物可利用性。基于其本身具有的磁性特点，所以铁氧化物作为吸附剂处理重金属以及再回收是比较有前景的。近来许多研究者致力于铁氧化物的合成和应用，特别是铁氧化物表面结构的变化，而且铁氧化物的应用范围较广。例如，用硫醇基改性的超顺磁Fe₃O₄用于吸附汞、银、铅和镉；表面像花瓣状的α-Fe₂O₃吸附砷(五价)和铬(六价)；具微孔的α-Fe₂O₃用于检测甲醛；单分散的Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃用于锂离子电池的阳极材料，均取得了较好的效果。但这些合成的铁氧化物的零点电位一般在7.0～8.5之间，在酸性条件下去除污染物，尤其是阳离子重金属的效果较差。

铁氧化物的合成，一般都需要加入模板。模板分为两类：一类是硬模板，如二氧化硅、高分子聚合物以及金属氧化物；另一类为软模板，如乳液滴、胶团或气泡等。通过热处理，得到铁氧化物，其表面会形成多孔而具有较大比表面积的结构，从而吸附容量得到提高。但其合成过程太过繁琐，且耗时较长；此外，Fe₃O₄的合成过程还要通入氮气防止过度氧化。如何简化合成方法而又不降低铁氧化物的吸附性能是目前所研究的重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种重金属吸附能力强、制备成本低、且环保可再生回收利用的铁氧化物磁性复合材料。另外，还提供一种工艺简单、周期短、原料廉价的铁氧化物磁性复合材料的制备方法以及该铁氧化物磁性复合材料在重金属废水处理中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铁氧化物磁性复合材料，包括α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄；所述铁氧化物磁性复合材料是由四水合氯化亚铁和十二烷基硫酸钠(SDS)在过氧化氢的作用下经100～700℃焙烧制备得到。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种铁氧化物磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：先将四水合氯化亚铁和十二烷基硫酸钠(SDS)混合溶解，在加入过氧化氢，混合摇匀，得到混合物；

S2：将上述步骤S1制备得到的混合物进行恒温焙烧，得到铁氧化物磁性复合材料。

进一步的，所述步骤S1中，所述四水合氯化亚铁、十二烷基硫酸钠和过氧化氢的摩尔比为5～12∶1∶2～3.2。

进一步的，所述步骤S2中，所述恒温焙烧的温度为100～700℃。更优选的，所述恒温焙烧的温度为200～500℃。

进一步的，所述步骤S2中，所述恒温焙烧的时间为2～6h。