[发明专利]镧掺杂镁铁氧体复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种镧掺杂镁铁氧体复合材料，其制备方法为：(1)将Fe₃O₄、氯化镁和硝酸镧加入水中，混匀形成混合溶液；所述Fe₃O₄、Mg²⁺、La³⁺三者的摩尔比为2:1:1～8，优选2:1:7；(2)加入NaOH溶液，使溶液的pH大于等于10，反应；反应结束后，将产物分离出来，即得镧掺杂镁铁氧体复合材料，命名为La@MgFe₂O₄。本发明的镧掺杂镁铁氧体复合材料，可用于吸附/去除污水中的磷，对磷酸盐具有高吸附能力，且不受自然水体中共存阴离子的影响，其pH适用范围广，温度使用范围广(当温度降为10℃时，其吸附能力与25℃时几乎相同)，受温度影响小，可多次循环利用，可用磁铁进行分离。

技术领域

本发明涉及镧掺杂镁铁氧体复合材料及其制备方法与应用，

背景技术

磷是人类工业和农业生活中的重要元素，然而近年来由于磷的过度开采和含磷污水的大量排放，导致磷资源短缺和引起水体富营养化和藻类增殖。因此，水中磷的回收对于减少水污染和缓解磷资源的短缺至关重要。迄今为止，已开发出多种处理技术来去除或回收水中的磷酸盐，包括化学沉淀，膜分离和吸附等，其中，吸附法因操作简单，污染小，可再生，是去除水中阴离子的有效方法。

目前利用铁氧体作为吸附材料用于除磷日渐成为研究热点。研究发现，含有2种(或多种)不同金属的混合多金属氧化物吸附剂与其单组分氧化物例如Fe₃O₄相比，具有显著不同的物理化学性质。因此，研究人员曾利用在铁氧体中各种2价和3价过渡金属的取代来调整铁氧体的性质。文献报道中常见的2价过渡金属取代包括Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺等，而3价过渡金属则主要为稀土元素RE³⁺，La³⁺,Ce³⁺等。这些过渡金属的取代给铁氧体带来了不一样的性质，诸如粒径的改变、吸附性能的提升、磁性的改变等。然而在AVAZPOUR等的研究中发现，在稀土的掺杂量较大时，会破坏铁氧体的结构，反而会使铁氧体的粒径增加，吸附量降低。因此，就稀土元素掺杂铁氧体而言，一方面可以提升铁氧体的吸附性能，另一方面稀土的种类及掺杂量对铁氧体的磁性及结构有很大的影响，通常掺杂量的提升会导致磁性的下降，以常见铁氧体Fe₃O₄为例，纯Fe₃O₄的饱和磁化强度70-90emu/g，而掺杂稀土后，磁性降低至无法被磁分离[朱脉勇，陈齐等.四氧化三铁纳米材料的制备与应用[J].化学进展，2017，29(11)：1366-1394]。而且，目前已有的铁氧体相关吸附剂对磷酸盐吸附能力较低，且大多数吸附容量的最优值都出现在pH为2～5的酸性环境，而对接近自然水体的偏中性环境条件下具有较高吸附能力的吸附剂进行的研究有些不足。再有，现有研究集中在15～40℃温度区间，而中国北方城市污水厂寒冷季节的水温约10℃，这对于寒冷季节污水厂出水的深度除磷是不切实际的。此外，目前研究获得的最优吸附容量历时较长，即吸附速度较慢，这无论应用于污水厂末端低磷浓度出水保障,还是磷回收的前序工艺中都是不经济的。

尖晶石铁氧体是具有化学通式AFe₂O₄(A＝Mn²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺)的立方材料，其中四面体和八面体阳离子位点被二价A²⁺和三价Fe³⁺占据，其特点是稳定，有磁性，易于再生且易于利用外加磁场从水中分离，目前在水处理中分别有应用于除磷，除有机质(包括染料)，除氟，除重金属等研究。