一種可回收重金屬離子的吸附劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可回收重金屬離子的吸附劑及其制備方法，該方法簡單、安全、易實現，可以進行工業化生產，是一種綠色、高效的重金屬離子吸附劑；制備的產品可用于工業污水、生活用水重金屬離子的去除。本發明屬于納米科技領域。
【背景技術】
[0002]重金屬離子(Cd2+、Pb2+、Cu2+等)是常見的有毒污染物，水體、土壤及生物一旦受到重金屬離子的污染就很難去除，重金屬污染已給生態環境和人類自身造成嚴重危害。到現在為止，為了去除工業廢水中的重金屬離子，許多的方法已經被發明，如:化學沉淀法、氧化還原沉積法、離子交換法以及膜過濾法等。雖然在分離重金屬離子方面，這些方法均展示了較高的效率。但在對廢水的治理方法中，吸附法由于具有效果顯著、操作簡單以及成本低廉等特點，而常作為一項核心技術被廣泛應用。如馮冬燕在《功能材料》，2015，03，03009中就探討了石墨烯及其復合材料在重金屬離子吸附方面的研宄，相比于其他材料，碳材料可以在各種化學和物理環境內展現更好的穩定性能。然而，在實際應用中，吸附劑本身的回收成為科學家的難題之一。
[0003]近年來，磁性納米材料的不斷發展，使其在醫學靶向藥物、磁性可回收催化劑領域有著重要應用。Shouhu Xuan 在 J.Phys.Chem.C 2009, 113，553 中報道了 Fe304/Ti0jf化劑，研宄表明:該催化劑可以利用磁場回收再利用，并且不會降低催化劑的活性。YufangZhu在RSC Adv.，2015，5，22365中報道了可靶向負載的DNA包覆的Fe304/Si02多孔結構，可以負載藥物，并在溫度響應下釋放。因此可以看出磁性納米顆粒的成功制備可實現功能材料的有效回收。顯而言之，如同時提高重金屬離子的吸附率，需制備高比表面積的磁性納米結構。這樣，大的比表面積和高容量來吸附痕量的重金屬離子，進而使廢水處理過程更加經濟。
[0004]本發明提供了一種可回收重金屬離子吸附劑的制備方法，利用溶劑熱法制備的單分散S12OFe3O4OC核殼結構微球，該結構具有多孔、單分散性的特點，對重金屬離子有較高的吸附率，有望在實際污水處理行業嶄露頭角。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種可回收重金屬離子吸附劑的制備方法。
[0006]以不同粒徑S12微球為核，以二茂鐵為鐵源、丙酮為溶劑、雙氧水為催化劑，一定溫度下采用溶劑熱法制備的單分散S12OFe3O4OC核殼結構微球，通過一定濃度氨水刻蝕3102后，得到類空心微球；通過對多種重金屬離子吸附實驗，發現該材料有良好的吸附功會K。
[0007]本發明的技術方案
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結構，其中核為多孔S12,殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成: (1)、在室溫下，將粒徑為140-200nm的S12粉體與二茂鐵加入到丙酮中，控制轉速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入雙氧水，然后在300W功率下超聲分散20_60min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:2-8mg:0.8-1.2ml:1ml的比例計算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170-200°C進行反應24-72h，所得的反應液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應液，控制轉速為3000-10000r/min進行離心3-10min，用丙酮洗滌3-5次，然后再將所得的沉淀分散于30-60mL的去離子水中，然后加入與去離子水等體積的氨水，在300W功率下超聲分散1min后，置于水熱釜中，控制溫度為100_200°C進行刻蝕l-10h，然后自然冷卻至室溫，然后控制轉速為3000-10000r/min進行離心3-10min，用去離子水洗滌3_5次，然后控制溫度為40_60°C進行干燥，即得核殼結構的可回收重金屬離子的吸附劑；
上述的分散所用的去離子水的用量，按產生反應液所用的步驟(I)中的粒徑為140-200nm的S12粉體:去離子水為Img:0.6-1.2ml的比例計算。
[0008]上述的一種可回收重金屬離子的吸附劑，可用于在含有重金屬的水溶液中吸附重金屬離子，可回收重金屬離子的吸附劑的加入量，按可回收重金屬離子的吸附劑:含有重金屬的水溶液為5g:1L的比例計算；
所述的含有重金屬的水溶液中重金屬離子的濃度為0.l-1000mg/L，優選為l-10mg/L ； 所述的重金屬離子為Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+及Co 2+中至少一種。
[0009]上述的一種可回收重金屬離子的吸附劑用于在含有重金屬的水溶液中吸附重金屬離子的方法，步驟如下:
將可回收重金屬離子的吸附劑加入到含有重金屬的水溶液中，在300W功率下超聲分散1s后，靜置15min，即完成含有重金屬的水溶液中重金屬離子的吸附，然后再用磁鐵進行回收可回收重金屬離子的吸附劑。
[0010]本發明的有益效果
本發明的一種可回收重金屬離子的吸附劑，由于采用了以核為多孔S12，殼為Fe3O4OC的核殼結構，相比現有碳材料吸附劑，具有高比表面積、易回收的優勢；本發明的吸附劑具有吸附多種重金屬離子的能力，吸附率均可達70%以上。
【附圖說明】
[0011]圖1、實施例1所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的透射電鏡圖；
圖2、實施例2所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的透射電鏡圖；
圖3、實施例2所得的一種可回收重金屬離子的吸附劑的能譜圖；
圖4、實施例2所得的可回收重金屬離子的吸附劑對濃度為lmg/L濃度的重金屬離子標的物Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+，Co2+的水溶液的吸附率情況；
圖5、實施例3所得的可回收重金屬離子的吸附劑對濃度為10mg/L濃度的重金屬離子標的物Cd2+，Zn2+，Cu2+，Ni2+，Co2+的水溶液的吸附率情況。
【具體實施方式】
[0012]下面通過具體實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。
[0013]本發明的各實施例中所述各原材料均能從公開商業途徑購買得到。
[0014]實施例1
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結構，其中核為多孔S12,殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、在室溫下，將50mg粒徑為140nm的S12粉體與0.2g 二茂鐵加入到60ml丙酮中，控制轉速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入2ml雙氧水，然后在300W功率下超聲分散20-60min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:4mg: 1.2ml:1ml的比例計算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170°C進行反應72h，所得的反應液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應液，控制轉速為3000r/min進行離心3min，用丙酮洗滌3次，然后再將所得的沉淀分散于30mL的去離子水中，然后加入與去離子水等體積的氨水，在300W功率下超聲分散1min后，置于水熱釜中，控制溫度為100-200°C進行刻蝕l_10h，然后自然冷卻至室溫，然后控制轉速為3000r/min進行離心3min，用去離子水洗滌3次，然后控制溫度為40°C進行干燥，即得核殼結構的可回收重金屬離子的吸附劑；
上述分散所用的去離子水的用量，按產生反應液所用的步驟(I)中的粒徑為140-200nm的S12粉體:去離子水為Img: 0.6ml的比例計算。
[0015]采用透射電鏡(FEI，TECNAI G2F20)儀器對上述所得的可回收重金屬離子進行掃描，所得的透射電鏡圖如圖1所示，從圖1中可以看出所得的可回收重金屬離子的吸附劑為核殼結構。
[0016]實施例2
一種可回收重金屬離子的吸附劑，為核殼結構，其中核為S12，殼為Fe3O4OC,其通過包括如下步驟的方法制備而成:
(1)、在室溫下，將50mg粒徑為180nm的S12粉體與0.1g 二茂鐵加入到40ml丙酮中，控制轉速為10-1OOOrpm攪拌20_40min，然后加入2ml雙氧水，然后在300W功率下超聲分散40min得到混合液；
上述所用的粒徑為140-200nm的S12粉體、二茂鐵、丙酮和雙氧水的用量，按粒徑為140-200nm的S12粉體:二茂鐵:雙氧水:丙酮為lmg:2mg: 0.8ml:1ml的比例計算；
(2)、將步驟(I)所得的混合液控制溫度為170-180°C進行反應48h，所得的反應液自然冷卻至室溫；
(3)、將步驟(2)降至室溫的反應液，控制轉速為5000r/min進行離心6min，用丙酮洗滌4次，然后再將所得的沉淀分散于40mL的去離子水中，然后加入與去離