[发明专利]一种可磁性分离的四氧化三铁/磷酸化石墨烯复合纳米材料及其应用

说明书

本发明公开了一种可磁性分离的四氧化三铁/磷酸化石墨烯复合纳米材料，该复合纳米材料的制备方法：1）将无水四氢呋喃和三氯化磷的混合溶液加入以无水四氢呋喃和三乙胺为溶剂的氧化石墨烯悬浮液中，搅拌回流，洗涤过滤，将滤饼加水超声分散；2）将步骤1）所得分散液水解，洗涤过滤后超声分散，干燥得磷酸化石墨烯；3）在无水醋酸钠和聚乙二醇600的混合溶液中加入硬脂酸、六水合三氯化铁、四水合二氯化铁形成混合离子溶液；4）将磷酸化石墨烯的无水乙醇分散液加入混合离子溶液中水热反应。本发明还公开了该材料对稀土钆离子的富集回收应用。本发明同时实现对钆离子的高效吸附和对吸附材料的回收利用。

技术领域

本发明涉及一种可磁性分离的四氧化三铁/磷酸化石墨烯复合纳米材料及其对稀土钆离子的富集回收应用，属于纳米材料领域。

背景技术

稀土元素作为工业维生素，其具有极高的附加值和重要战略意义。但随着稀土资源的开发和利用，稀土资源的浪费和对环境的危害越发严重。钆作为高新技术领域的重要元素添加剂，被广泛地应用在核磁成像、信息存贮、磁性制冷和中子减速等领域。环境中痕量的钆对癌细胞的增殖有促进作用，同时作为重金属其对生物细胞也具有较高的破坏性。因此针对稀土工业造成的钆流失及对人体的危害，回收和富集钆成为亟待解决的问题。

吸附法由于其具有高效率、低成本的优势成为目前稀土富集回收研究热点和重点。近些年来，石墨烯及其衍生物等二维炭基纳米材料被广泛地应用在稀土的富集和回收研究，然而较低的吸附容量和高成本仍是限制实际应用的巨大瓶颈。为了提高稀土钆离子的富集回收效率和降低富集回收成本，设计和制备一种可快速固液分离的高吸附容量的吸附材料至关重要。

为了提高吸附容量和降低吸附成本，氧化石墨烯及其功能化产物被广泛地应用于稀土离子的富集回收。例如在2012年孙玉冰等人通过X射线吸收精细结构光谱研究了氧化石墨烯与铕离子的吸附反应，（Y.Sun, Q.Wang, C.Chen, X.Tan, X.Wang, Environ. Sci. Technol., 2012, 46(11), 6020.）研究发现氧化石墨烯对铕离子的最大吸附容量能达到175.44 mg/g，并且指出铕离子与氧化石墨烯表面的6~7个氧原子形成了内球表面络合物。然而氧化石墨烯在溶液中具有极好的分散性，这使得吸附材料和溶液无法完全分离，从而间接地增加了成本和造成了二次污染。2014年南昌大学陈伟凡教授课题组创造性地将氧化石墨烯分散液置于透析袋中研究对钆离子的吸附性能，（W.Chen, L.Wang, M.Zhuo,Y.Liu, Y.Wang, Y.Li, Journal of hazardous materials, 2014, 279, 546）在解决难分离问题的同时发现其对钆离子吸附容量能到达286.86 mg/g。虽然实现了氧化石墨烯的吸附后可分离，但无法对钆离子直接吸附导致降低了氧化石墨烯对钆离子的吸附效率和吸附容量，因此在吸附过程中吸附材料既要能较好地分散于吸附离子溶液中，又要在吸附完成后快速地固液分离，这使得吸附材料需要具有独特的分离特征。

由此可见现存方法和技术存在着无法同时实现对钆离子的高效吸附和对吸附材料的回收利用以降低富集回收成本的关键技术问题。

发明内容

针对石墨烯类吸附剂存在的上述性能缺陷，本发明提供了一种可磁性分离的四氧化三铁/磷酸化石墨烯复合纳米材料及其对稀土钆离子的富集回收应用，以此解决现有技术无法同时实现对钆离子的高效吸附和对吸附材料的回收利用以降低富集回收成本的技术难题。

一种可磁性分离的四氧化三铁/磷酸化石墨烯复合纳米材料，其特征在于该复合纳米材料通过以下方法制备得到：

1）将氧化石墨烯分散到体积比为1~2的无水四氢呋喃和三乙胺的混合溶液中，在冰水浴中超声得到氧化石墨烯悬浮液；