[发明专利]一种用于降解水体中六价铬离子的磁性纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于降解水体中六价铬离子的磁性纳米材料及其制备方法，其是以氧化石墨烯为基底，在氧化石墨烯上通过沉积法生长有α‑二氧化锰纳米线，并引入有磁性四氧化三铁；且在α‑二氧化锰纳米线表面通过氧化还原反应包覆有一层聚吡咯。本发明的磁性纳米材料能够实现对污水中六价铬离子的高效降解，最大吸附量能达到374.53mg/g，且制备方法操作简单、成本低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种磁性纳米材料，具体的说是一种用于降解水体中六价铬离子的磁性纳米材料及其制备方法。

背景技术

近些年来，由于饮用水源污染导致重金属离子中毒的事件逐渐引起世界各国的重视。工业、农业以及人类各种活动的影响，多种重金属离子包括铬、镉、钼、铅等已经渗透进入地下水中，对人类以及动植物产生巨大的健康隐患。现代工业的发展，含铬矿石的加工、纺织业、皮革鞣制、金属加工以及电镀等行业排放的废水中富含有高浓度的铬离子，造成严重的环境污染问题。研究表明铬离子在自然界中主要以Cr(III)和Cr(VI)形式存在，且后者毒性是前者的五百倍并易被人体吸收且在体内蓄积，重金属离子在环境中不会完全消失，只会在各种形态间相互转化，因此找到一种高效降解铬离子的方法对治理水体污染具有切实的应用价值。铬离子的降解方法有许多，常用的主要有化学萃取、反渗透、电化学降解、生物降解、离子交换等，这些方法需要大型仪器辅助，处理成本较高，有的甚至会产生二次污染，大大降低了在实际生活中的应用。化学吸附法因具有吸附效率高、成本低、重复利用率高等优点而广泛应用于Cr(VI)离子废水处理上。吸附主要是由于吸附剂与被吸附质接触的表面上发生了静电吸引或者化学反应，吸附过程会一直持续直到达到吸附平衡，因此平衡吸附量一直用来评价吸附剂性能的重要参数。

目前，已经用于吸附水体中Cr(VI)离子的吸附材料包括活性炭、沸石、黏土、纳米磁性材料，然而结果表明这些材料平衡吸附量低，主要是由于低孔隙率、比表面积小、缺少有效的官能团，因此，找到一种具有高孔隙率、较大的比表面积以及丰富的有效官能团的材料对污水中Cr(VI)的处理具有较大的实用价值。Zhengyan Wu(Wu,Z.；Wang,D.；Zhang G.；Zhou L.；Wang M.；Cai D.Langmuir 2017,33,7007-7014.)等人制备一种高效去除沙土中六价铬离子的磁性纳米材料，其利用氧化石墨烯、聚乙烯亚胺以及磁性四氧化三铁，利用聚乙烯亚胺中的含氮基团对六价铬离子进行降解；但是这种材料的最大平衡吸附量只有266.6mg/g，且制备方法复杂。Shiqiang Yan(Yan S.；Luo C.；Tian Z.；Yang B.；ZhangL.Chemical Engineering Journal234(2013)256–265.)等人利用氧化石墨烯和二氧化锰制备了一种磁性纳米材料用于水体中六价铬离子的降解，但是由于缺少有效的化学修饰，平衡吸附量只有186.9mg/g。因此，在降解六价铬离子废水的研究中仍然有很大的发展空间。

氧化石墨烯(GO)作为新兴材料石墨烯的水溶性衍生物，近来被广泛地研究。氧化石墨烯可以在温和的反应条件下通过氧化剥离石墨片而很容易得到。同时，氧化石墨烯具有较大的比表面积、丰富的含氧官能团以及较好的水溶性，这些优异的性能决定了氧化石墨烯是作为吸附材料较好的载体。聚吡咯具有优秀的还原性能、较好的环境稳定性，并且易于合成，这些优秀的性能使得聚吡咯在污水处理方面局具有广阔的应用前景。二氧化锰一直被认为是一种多功能材料并被广泛应用在各个领域，二氧化锰存在多种晶型，且不同晶型的性能差异较大，这也为不同材料的制备提供了多种选择。目前，同时利用这几种材料用于六价铬离子的处理方面的文章还未见报道。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于降解水体中六价铬离子的磁性纳米材料及其制备方法，旨在制备一种具有对铬离子Cr(VI)具有高降解效率且易于分离的纳米材料，所要解决的技术问题是利用氧化石墨烯为基底、二氧化锰为骨架，制备一种复合纳米磁性材料，实现污水中六价铬离子Cr(VI)的高效降解。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：