[发明专利]一种氟改性Fe3

说明书

本发明公开了一种氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料及其制备方法和应用，属于磁性功能材料及水处理研究领域。本发明首次提出对Fe₃O₄磁性纳米材料进行阴离子氟掺杂改性，采用溶剂热法原位合成氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料，所得氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料对橙黄G染料废水表现出优异的降解能力，易于磁性分离回收和循环使用，且涉及的原料廉价易得，操作简单方便，具有潜在应用前景。

技术领域

本发明属于磁性功能材料及水处理技术领域，具体涉及一种氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

橙黄G属于偶氮型阴离子染料。与天然染料相比，偶氮染料具有成本低、结构稳定、颜色种类齐全等优点，全球每年使用量约占总染料的50％以上，被广泛应用于纺织、纸张、塑料、皮革、制药等行业。偶氮染料难以生物降解，具有潜在的致癌、致畸和致突变毒性，在生产和使用过程中排出的废水已经成为水体污染的重要来源之一，对人类的健康和社会的可持续发展构成了严重威胁。

处理橙黄G废水主要有生物法、物理法和化学法。生物法处理时间较长，菌种对pH、温度、培养条件等要求较高，限制了其推广应用。物理法只能转移而并未真正去除环境污染物。以Fenton氧化法为代表的高级氧化技术是常用的处理有机废水的化学方法。均相Fenton 氧化技术通过生成具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)，可氧化降解大部分有机物。但均相 Fenton体系存在使用pH低(～3)、易产生铁泥以及铁离子引起色度等问题。以Fe₃O₄磁性纳米颗粒为代表的多相Fenton体系有望弥补这些不足，拓宽pH值应用范围至环境中性条件，减少水溶液中铁离子的浸出量，实现催化剂的磁性分离回收和循环使用等。但是单一Fe₃O₄颗粒活化H₂O₂的能力非常有限(如H₂O₂用量大，反应时间长，温度高等)，难以满足实际应用。大量文献报道了使用过渡金属离子(如Mn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ti⁴⁺等)掺杂可提高Fe₃O₄纳米颗粒的催化活性，但金属离子掺杂Fe₃O₄通常因等电点低而难以在中性条件下吸附和降解阴离子污染物。

发明内容

本发明的目的是提供一种氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料，并将其应用于催化降解橙黄G染料废水。该方法反应速率快、无二次污染、催化剂易于磁性分离且循环使用性能稳定，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：

1)将碱源加入含有铁源的乙二醇溶液中，搅拌均匀得混合液；再加入氟源，继续搅拌均匀得反应液；

2)将所得反应液转入反应釜中，加热进行反应后淬冷至室温，磁性分离收集所得黑色固体，洗涤干燥后即得氟改性Fe₃O₄磁性纳米材料。

上述方案中，所述铁源为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等可溶性三价铁盐；碱源为乙酸钠、 NaOH、KOH中的一种或几种；氟源为氟化钠或氟化钾等无机氟盐，

上述方案中，所述乙二醇为溶剂和还原剂。

上述方案中，所述反应液中铁源浓度为0.7～1.6mol/L，碱源与铁源摩尔比为(2～5):1，氟源与铁源摩尔比为(0.05～1.10):1。