[发明专利]一种基于球磨制备零价铝、铁基尖晶石复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于球磨法制备零价铝、铁基尖晶石复合材料的制备方法，采用铁基尖晶石材料辅助机械球磨破坏零价铝表面的氧化膜，并改变原始零价铝晶体结构，从而增大了材料晶格常数，提升了其电子转移效率，提高了其反应活性，有效地解决了现有零价铝对水中污染物去除率低的问题。具体制备方法为：将各种粒径的氧化锆磨球、零价铝粉末和铁基尖晶石粉末混合均匀，在空气氛围中，放入不锈钢球磨罐中进行球磨；球磨结束后，将混合物与小球筛分，得到零价铝、铁基尖晶石复合材料。该方法过程简单，成本低廉，环境友好，制备出的材料处理效果好。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于球磨制备零价铝、铁基尖晶石复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业水平的提高，重金属污染问题越来越严重，重金属离子已成为最常见的污染物之一。与有机污染物不同，重金属离子在环境中持久性很强且很难进行生物降解，许多重金属离子具有毒性或致癌性，在有机体中积累对人类的身体健康和环境的可持续发展造成严重威胁。对重金属污染物的排放量进行了限制，铅、汞、镉、铬和类金属砷等为第一类规划对象。其中，铬是一种广泛存在于自然环境中的金属元素，在水、土壤、岩石、大气和生物中均能检测到。由于其具有质地硬、耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性，因此被广泛应用于冶金、耐火材料、纺织等行业。铬在工业中的广泛应用造成了大量含铬工业废水的排放，水体和土壤铬污染现象严重。铬对人体皮肤、眼耳及呼吸系统都有极大的危害，具有强烈的致畸、致癌、致突变的“三致作用”。铬在自然环境中以三价和六价的形式存在，表现出完全不同的化学性质。水溶液中Cr(VI)的主要存在形式为 HCrO4-、CrO42-和Cr2O72-，比Cr(Ⅲ)的溶解度更高，因此Cr(VI)比Cr(Ⅲ)的毒性更强。将Cr(VI)化学还原为Cr(III)是工业废水处理中有效快速去除Cr(VI)的主要方法之。

零价铝(ZVAl)是地壳中含量最丰富的金属，标准还原电位E0＝(Al³⁺、 Al⁰＝-1.662V)，化学性质非常活泼，具有很强的还原性。此外，铝的两性特性使其在酸碱条件下对废水中污染物的都有良好去除效果，因此零价铝在无机和有机污染物的去除中有优越的应用前景。但是由于零价铝的活性较高，极易与空气中的氧反应在其表面生成一层致密的氧化膜，抑制电子转移过程使其活性降低，限制污染物的去除，因此对零价铝进行优化改性以消除或者破坏氧化膜成为了研究热点。目前主要方法有：酸洗涤、碳酸盐缓冲、构建双金属系统或铝合金等。通过球磨将氧化铝与其他材料相复合，也可以破坏氧化膜，同时增加零价铝的有效比表面积，避免团聚现象，提高反应活性去除污染物。

铁基尖晶石(MFe₂O₄)是常见、简单也相对便宜的磁性材料。铁基尖晶石具有良好的磁性和催化活性，已经成为国民经济和国防工业的主要支柱。它在水质净化方面的应用主要集中在吸附、光催化、病原体消毒、膜改性、分析物提取、金属离子传感和检测等方面。所以，铁基尖晶石不仅能吸附Cr(VI)，还能参与电子传递过程，有效去除污染物。

目前，Cr(VI)的主要处理方法包括吸附处理法、化学还原法、电解处理法、离子交换法、膜分离法等。本发明采用三种典型的铁基尖晶石材料 MFe₂O₄(M＝Mn，Zn，Ni)作为磁响应介质，通过机械球磨破坏零价铝的氧化膜，制备零价铝、铁基尖晶石复合材料，能够高效去除水中Cr(VI)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种零价铝/铁基尖晶石复合材料的制备方法，制备工艺流程简便经济，无污染，对环境友好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于球磨制备零价铝、铁基尖晶石复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、分别称取一定量的零价铝粉末、铁基尖晶石粉末和磨球；