[发明专利]二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明“二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁壳核结构复合材料及其制备方法和应用”，属于环保吸附材料领域。所述二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料包括四氧化三铁、二氧化锰和聚间苯二胺，所述聚间苯二胺负载在四氧化三铁表面，二氧化锰负载在聚间苯二胺表面，最后形成双层的核壳结构的三元复合材料；所述四氧化三铁在所述二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料中的质量占比不高于40％。本发明复合材料能够应用于处理重金属污染废水，具有工艺简单、操作方便、成本低、处理效率高、吸附效果好等优点，有着很高的应用价值和商业价值。

技术领域

本发明属于环保吸附材料技术领域，涉及一种二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁壳核结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

水是生物生存的关键因素，水污染问题是公众健康水平日益下降的一个重要原因。在几十年的时间里，重金属污染治理一直是水处理领域内具有挑战性的问题。重金属污染很普遍存在，重金属离子不能通过自然生物过程被降解，对水环境和生物健康具有威胁。它能通过多种途径进入水生环境，包括电镀厂，采矿工业，电子制造业，无机颜料制造业，木材加工业排放的废水等。重金属具有很强的化学稳定性和生物难降解性，可以长期存在水体中，对生物的神经系统、组织器官造成损害，持续造成严重的环境和健康问题。目前，为了减少重金属污染物对环境的污染，光催化降解、膜过滤、絮凝与沉淀、电化学技术以及吸附等方法被应用于复合处理中，其中吸附法处理重金属污染水体因具有操作简单、投资少、处理后出水水质好等特点而受到重视，但大部分吸附剂因吸附能力低，成本高，有的吸附剂甚至在吸附过程中可能出现降解等问题不能广泛应用于重金属污染水体的处理过程中，因而需要开发更加高效、环保、低成本的吸附剂材料。

聚间苯二胺常被运用于污染水体的处理过程中，其作为一种典型的氨基共轭聚合物具有密集的胺基和亚胺基团，对很多污染物展现出很强的吸附能力。然而，根据以往的研究，因为聚间苯二胺比表面积较小并且表面电荷为正，致使其对重金属的亲和能力较低，吸附效果不佳。而二氧化锰因为其具有大表面积，强重金属吸附能力，易合成，低成本，高环境稳定性等优点而受到关注，并且更重要的是，二氧化锰可以通过碳和高锰酸钾之间简单的氧化还原反应被负载到有机材料表面，形成多元壳核结构复合材料。另外，四氧化三铁自身具有固有的超顺磁特性，将其作为复合材料的内核使得复合材料可以从溶液中被轻易的磁性分离出来。专利申请201610065134.0合成的二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁壳核结构复合材料用于砷的吸附，但是该现有技术存在如下缺陷：1.合成过程中的高锰酸钾用量较高，存在资源浪费；2.聚间苯二胺合成温度太低会影响合成产量，导致吸附效果不佳。3.聚间苯二胺合成过程中的pH未进行调控，影响间苯二胺的氧化过程，导致吸附能力受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，优化了二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁壳核结构复合材料的合成方法，提供一种成本低、吸附性能好的二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料吸附剂，还提供了一种制备工艺简单、操作简便、反应条件温和、成本低、生产效率高、生产周期短、产品收益率高的二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料的制备方法，以及该二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料在处理重金属废水中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料，其特征在于，包括四氧化三铁、二氧化锰和聚间苯二胺，所述聚间苯二胺负载在四氧化三铁表面，二氧化锰负载在聚间苯二胺表面，最后形成双层的核壳结构的三元复合材料；所述四氧化三铁在所述二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料中的质量占比不高于40％。

所述二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料中的四氧化三铁、聚间苯二胺、二氧化锰的质量比例范围为1∶1.1∶0.9-1∶2∶0.1；所述二氧化锰@聚间苯二胺@四氧化三铁复合材料的比表面积为150m²/g-220m²/g。