[发明专利]具有高酸碱缓冲能力和吸附特性的α-Fe

说明书

本发明提供一种具有高酸碱缓冲能力和吸附特性的α‑Fe₂O₃@CeO₄复合纳米材料及其制备方法，属于纳米材料领域。本发明将硫酸高铈溶液和硫酸高铁溶液按比例混合，并控制溶液pH为3‑5；将所得溶液装入非溶液蒸发反应釜中，反应温度为160‑220℃，反应时间为60‑200min；待反应结束后，经超重力分离和干燥后，得到α‑Fe₂O₃@CeO₄复合纳米材料。本发明方法填补了此类纳米材料及其制备技术空白，该类纳米材料可以作为水处理剂和土壤调节剂。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种具有高酸碱缓冲能力和吸附特性的α-Fe₂O₃@CeO₄复合纳米材料及其制备方法。

背景技术

以纳米氧化铁作为水处理中环保型吸附剂和土壤酸碱调节剂成为近年来的研究热点。发生在纳米氧化铁表面的酸碱、吸附和配合等物理化学反应决定着其酸碱缓冲能力和阳离子吸附能力的高低。然而单一成分氧化铁在电解质溶液中酸碱缓冲能力有限，在水质处理与土壤调节方面的能力亟待提高。酸碱反应是纳米颗粒在电解质溶液中最易发生的化学反应，由于纳米颗粒高比表面积，纳米金属氧化物表面易发生质子化和去质子化反应，液(电解质溶液)固(纳米颗粒)界面酸碱反应的质子化和去质子化反应也直接影响纳米氧化铁颗粒在水质与土壤中对阳离子的吸附能力。在此背景下，如何开发出具有高酸碱缓冲能力与吸附特性的纳米氧化铁材料，意义重大。

我国氧化铁产量已多年居世界首位，然而性能单一、多为中低端产品和高端产品依赖进口仍是我国氧化铁材料所面临的现状。打破这一现状，对于开发具有自主知识产权的环保型水处理材料和土壤调节剂势在必行。其中中国专利 (公开号为CN1486783A)描述了一种采用溶液沉淀法，以可溶性三价无机铁盐、碱以及水溶性羟基聚合物为原料，制备出活性氧化铁吸附剂。该方法选用的原料复杂，成本较高，且制备的活性氧化铁仅能对溶液中的磷进行吸附，不适用于作为功能型阳离子的吸附剂。目前复合纳米氧化铁材料在水处理与土壤调节剂应用的相关研究较少，而且在我国仍是空白，亟待研发。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有高酸碱缓冲能力和吸附特性的α-Fe₂O₃@CeO₄复合纳米材料及其制备方法，该方法填补了此类纳米材料及其制备技术的空白。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

一种具有高酸碱缓冲能力和吸附特性的α-Fe₂O₃@CeO₄复合纳米材料，该复合材料为六方晶系结构的氧化铁相，将α-Fe₂O₃与CeO₄进行复合化处理，使得α-Fe₂O₃发生明显晶格畸变。借助稀土氧化铁特殊的理化特性来改质处理氧化铁，使纳米氧化铁不但具有高吸附阳离子特性，而且还具有较高的质子化能力。该复合纳米材料的粒径为50-100nm；经过复合化处理后的α-Fe₂O₃晶体中，Fe-O 化学键的结合能明显增大，Fe-O伸缩振动频率明显增强；该复合纳米材料在 0.1wt.％浓度硝酸钠溶液中从pH＝3-5范围内具有较高的酸碱缓冲性能，消耗总氢离子浓度[H⁺]_t＝3-5.5mmol·L^-1；在含Pb²⁺100mg/L的溶液中，Pb²⁺的去除率≥95％；在含Hg²⁺50mg/L的溶液中，Hg²⁺的去除率≥90％；在含Cr⁶⁺100mg/L的溶液中， Cr⁶⁺的去除率≥95％。