一种海泡石加载磁性复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于水处理吸附剂制备技术领域，具体涉及一种海泡石加载磁性复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

天然海泡石是一种具有层链状结构的富镁硅酸盐粘土矿物，因具有独特的孔结构和较大的比表面积，表现良好的吸附性能。但因其难以实现固液分离，作为吸附剂使用时流失现象比较严重，在一定程度上限值了其作为吸附剂在工业化上的应用。

为了解决海泡石粉末吸附后固液难以分离的问题，已有学者将磁性颗粒加载在海泡石的表面。典型的专利和文献有：

中国专利“一种制备磁性海泡石的方法”(申请号200910058514.1)是以先酸处理、再热处理而制得的活化海泡石为载体，采用化学共沉淀法将铁氧体负载于海泡石的表面。

中国专利“一种新型磁性粘土纳米复合材料的制备方法”(申请号201310195059.6)是以蔗糖为碳源、粘土(海泡石)和硝酸镍为原料，在室温下将硝酸镍和粘土按照1:10～30的质量比混合球磨，高温煅烧后得到的固体混合物与碳源按1:5～20的质量比混合，再次球磨煅烧得到的新型磁性粘土(海泡石)纳米复合材料。

河海大学学报,2017,45(2):109-115；环境工程学报,2012,6(10):3465-3469；journalofalloysandcompounds,2015,638:435-442；powertechnology,2017,305:260-269。这些作者均采用化学共沉淀法制备加载磁性颗粒的海泡石复合材料。

上述这些海泡石加载磁性复合材料的制备步骤较多、过程繁杂，部分加载磁性的复合材料饱和磁化强度较弱，固液分离效果不明显。另有部分加载磁性的复合材料需要在惰性气体的保护下进行。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种制备过程简单、无需惰性气体保护、制备成本较低的海泡石加载磁性复合材料的制备方法，以期加载磁性的海泡石通过外加磁场能实现快速的固液分离，并能应用于废水处理。

本发明解决技术问题的所采取的技术方案如下：

1)称取1.0gfec13·6h2o加入到乙二醇中，搅拌溶解后再加入海泡石，超声分散；

所述海泡石与fec13·6h2o质量比为3～12:10；

2)在得到的粘稠悬浮液中加入3.0gnaac粉末，继续搅拌；

3)将步骤2)制备得到的悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯水热反应釜中(装填度≤80％)，反应结束自然冷却后磁分离，用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇浸泡洗涤，烘干、研磨过筛，即得海泡石加载磁性复合材料。

作为一种优化，所述步骤(1)中海泡石与fecl3·6h2o质量比为6:10，所述步骤(3)中180℃条件下反应时间为24h。

上述方法得到的海泡石加载磁性复合材料可以在废水处理中加以应用。尤其是应用于含有重金属离子、有机污染物的生活污水和工业废水的处理。

本发明科学原理：

本发明采用一步水热法(或溶剂热)制备海泡石加载磁性复合材料，是以海泡石、fec13·6h2o和naac为原料，在水热(或溶剂热)的反应体系中，溶剂乙二醇将部分三价铁还原成二价铁，在碱性条件下形成的fe3o4颗粒在海泡石表面成核和生长，制备出海泡石加载磁性复合材料。具体的反应方程式：

式(1)中sep为海泡石，msep表示海泡石加载磁性复合材料。

与其他同类发明相比，本发明具有如下优点：

1)采用一步水热法(或溶剂热法)。本发明采用一步水热法(或溶剂热法)制备出海泡石加载磁性复合材料。反应原理：在高温高压体系中，乙二醇将部分三价铁被还原成二价铁，三价铁和二价铁在碱性条件下反应生成磁性fe3o4在海泡石表面成核和生长，制备出海泡石加载磁性复合材料。制备工艺简单，能耗低、易操作。

2)具有优良的磁学性能。本发明制备的海泡石加载磁性复合材料具有优异的磁学性能。在外部磁场的作用下，能在较短的时间内快速实现固液分离。

3)价格低廉，用途广泛。海泡石加载磁性复合材料制备成本较低、产品价格低廉，是一种新型的环境净化材料，能被广泛应用于含有重金属离子、有机污染物的生活污水和工业废水的处理。

附图说明

图1是本发明实施例2中海泡石加载磁性复合材料的红外光谱(ftir)图(sep为海泡石，msep为海泡石加载磁性复合材料)。

由图1可知，海泡石加载磁性复合材料在1027、796、670和461cm^-1出现典型海泡石结构中si-o的特征吸收峰，同时还出现磁铁矿的特征吸收峰(578cm^-1对应的fe-o振动峰)。

图2是本发明实施例2中海泡石加载磁性复合材料的x射线衍射(xrd)图(sep为海泡石，msep为海泡石加载磁性复合材料)。

由图2可知，海泡石原土的成分复杂，主要包括石英、方解石、滑石等。海泡石的特征吸收峰为19.5°和34.5°。加载磁性后，2θ＝35.4°、43.2°、53.2°、57.3°出现磁铁矿的特征衍射峰。表明磁铁矿颗粒成功负载在海泡石的表面。

图3是本发明实施例2中海泡石加载磁性复合材料的磁滞回线图(vsm)。

由图3可知，表明磁性凹凸棒石具有一定的磁性，能用磁铁进行快速分离。

图4是本发明实施例2中海泡石加载磁性复合材料对阳离子艳红溶液的处理和磁分离效果图。

具体实施方式

下面通过实例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

1)将1.0gfec13·6h2o加入到70ml乙二醇中，剧烈搅拌溶解后加入0.3g海泡石，超声分散30min，得到粘稠悬浮液；

2)在步骤1)处理得到的粘稠悬浮液中加入3.0g无水naac粉末，继续搅拌30min；

3)将步骤2)处理得到的悬浮液转移至100ml聚四氟乙烯反应釜中(装填度≤80％)，180℃条件下反应24h；

4)自然冷却后磁分离，用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇浸泡洗涤，60℃烘干、研磨过筛，即得海泡石加载磁性复合材料。

实施例2

同实施例1，所不同的是在海泡石加载磁性复合材料制备过程中加入海泡石质量为0.6g；

实施例3

同实施例1，所不同的是在海泡石加载磁性复合材料制备过程中加入海泡石质量为0.9g；

实施例4

同实施例1，所不同的是在海泡石加载磁性复合材料制备过程中加入海泡石质量为1.2g；

实施例5

同实施例2，所不同的是反应时间为12h；

实施例6

同实施例2，所不同的是反应时间为48h；

综上所述，实施例1～6中制备的海泡石加载磁性复合材料，均能在外加磁场的作用下实现快速分离。

以上所述是本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。