CN104826602A

CN104826602A - 一种负载磁性的麦饭石粉末材料制备方法

Info

Publication number: CN104826602A
Application number: CN201510222724.5A
Authority: CN
Inventors: 李双; 闫良国; 于海琴; 杜斌; 单然然; 秦李璐; 陈健; 姚俊
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2015-08-12

Abstract

本发明涉及一种负载磁性的麦饭石粉末材料的制备方法，属于无机复合材料与技术领域。本发明的方法是将FeCl₃?6H₂O、NaAc?3H₂O、乙二醇、乙二胺和麦饭石粉末混合后得到的黄褐色悬浊液封装于聚四氟乙烯反应釜中，在180-200℃条件下反应8-10h，取黑色固体洗涤、磁分离、烘干，得到具有磁性的麦饭石粉末。通过水热法一步直接合成负载磁性的麦饭石粉末，制备过程中不需要使用水作为介质，仅需要少量的有机溶剂，方法简单易控，制备成本低，工业化生产门槛低，易于工业化推广；所制备的负载磁性的麦饭石不仅具备麦饭石的特征衍射峰，且具有Fe₃O₄特征衍射峰。对水中的含磷化合物吸附去除效果良好。

Description

一种负载磁性的麦饭石粉末材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种负载磁性的麦饭石粉末材料制备方法，属于无机复合材料与技术领域。

背景技术

麦饭石是一种风化或半风化浅成到超浅成的中酸性岩，外观表像较粗，岩石以斑状结构、多斑结构、似斑结构为主，偶见花岗状结构；还有以纤维质结构为主，次有微细粒结构。麦饭石的矿物质构成大约60%~65%的麦饭粒（斑晶）和35%~40%的基质组成。中国麦饭石资源极为丰富，几乎各省、市、自治区均有分布，因产地不同，其成分略有差异。主要成分为硅铝酸盐类，其中包括Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、MgO、CaO等，还含有 K、Na、Ca、Mg、P等人体所必需的常量元素和Zn、Fe、I、F等微量元素。电子显微镜下其结构呈多孔海绵状，内部富含许多蜂窝状微孔隙和大量次生孔隙。麦饭石具有生物活性、吸附性、矿化性、溶出性、无毒无害性，对水体的pH 值具有双向调节性。相对于其他吸附材料而言，由于麦饭石在水体浸泡时能大量释放出对人体有益的微量元素，如：铁、锌、铜、碘、硒、钼等，可以弥补部分地区缺乏的微量元素，也可以提高水中生物活性的溶解氧浓度，且吸附率高，材料来源丰富。

麦饭石的应用非常广泛，例如将麦饭石或麦饭石与粘合料粉碎成粉末，加水成泥，经手工或模具制成胚料后，送入窑炉，烧结制成多种器皿。使用时营养元素溶出速率比普通的麦饭石制品高，保健作用显著增强；另外在净化饮用水方面也有应用，在净水器中可装入麦饭石颗粒滤芯，上面装有磁块，把麦饭石颗粒滤芯矿化处理与多种净化、磁化技术相结合，饮用水在通过麦饭石颗粒的时候，既可滤除杂质和有害物质，又可获得人体所需的营养物质，使水在充分净化的基础上，增强对人体的保健作用。

虽然麦饭石对水中的污染物有一定的吸附性能，但是麦饭石悬浮于水中，难以快速分离、回收。近年来，磁性载体技术在环境领域中的应用受到广泛关注，在分离和回收过程中有独特的优势。为了提高麦饭石的吸附性能，并且达到对其快速分离、回收的效果，可以选择对麦饭石进行磁改性。

目前，将磁性载体技术与麦饭石相结合制备负载磁性的麦饭石复合材料未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载磁性的麦饭石粉末材料的制备方法，该方法所制备的麦饭石具有较强的磁性和吸附性能，在分离和回收过程中有独特的优势，也可以作为麦饭石原材料进行使用。

技术方案

一种负载磁性的麦饭石粉末材料制备方法，包括以下步骤：

（1）将FeCl₃∙6H₂O、NaAc∙3H₂O溶于乙二醇，然后加入乙二胺形成透明溶液，再加入麦饭石粉末，得黄褐色悬浊液；

（2）将悬浊液封装于聚四氟乙烯反应釜中，在180-200℃条件下反应8-10h，取黑色固体；

（3）黑色固体经洗涤、磁分离、烘干，得到具有磁性的麦饭石粉末。

本发明的制备方法以氯化铁作为铁源，采用乙二醇作为溶剂并对三价铁离子进行部分溶剂热还原，成功合成四氧化三铁纳米颗粒；采用醋酸钠作为反映助剂、乙二胺为包裹剂，通过控制乙二胺与三氯化铁的比例可以合成纳米粒子大小均一的四氧化三铁。在合成四氧化三铁纳米颗粒的反应中通过两步主要反应，可能的反应如下:

2Fe³⁺+OHCH₂CH₂OH+2H⁺ →2Fe²⁺+CH₃CHO+2H₂O；

2Fe³⁺+Fe²⁺+8OH^-→Fe₃O₄+4H₂O。

在合成反应过程中，纳米四氧化三铁与麦饭石结合形成具有磁性的麦饭石材料。

另外，乙二胺要在前三种试剂添加之后再添加；否则，氯化铁和醋酸钠无法溶解。

上述方法中，FeCl₃∙6H₂O、乙二醇、NaAc∙3H₂O、乙二胺和麦饭石粉末参与负载磁性的麦饭石粉末的合成过程，其用量的变化并不影响产物的生成，但是会影响所制备的负载磁性的麦饭石材料的性能。为了减少原料浪费同时获得较高磁性麦饭石粉末，FeCl₃∙6H₂O、乙二醇、NaAc∙3H₂O、乙二胺和麦饭石粉末的用量比例优选为：1.0g：20mL：3.0g：10mL：0.1-1.0g；最优选的为：1.0g：20mL：3.0g：10mL：0.1g。

为了缩短搅拌时间，上述方法，优选的将FeCl₃∙6H₂O溶解在乙二醇中，然后加入NaAc∙3H₂O。

有益效果

通过水热法一步直接合成负载磁性的麦饭石粉末，制备过程中不需要使用水作为介质，仅需要少量的有机溶剂，方法简单易控，制备成本低，工业化生产门槛低，易于工业化推广；

制备过程中添加乙二胺，能显著提高产品的吸附性能和超顺磁性；

所制备的负载磁性的麦饭石不仅具备麦饭石的特征衍射峰，且具有Fe₃O₄特征衍射峰。对水中的含磷化合物吸附去除效果良好。室温下，用0.1g 负载磁性的麦饭石材料吸附25mL 20mg/L的磷溶液2h，去除率达到81%以上，并且在吸附完成后可实现固液的快速分离，使吸附剂得以循环利用，对环境友好，适合运用于水处理。

附图说明

图1，是本发明的负载磁性的麦饭石粉末材料与天然麦饭石、Fe₃O₄对比的X射线衍射光谱图；其中，a-f依次为：Fe₃O₄、天然麦饭石、实施例1-4的负载磁性的麦饭石粉末材料的X射线衍射光谱图；

图2，是实施例1-4制备的磁性膨润土的磁滞回归曲线；

图3，是实施例3、5制备的磁性膨润土的磁滞回归曲线。

具体实施方式

实施例 1

（1）将2.0 g FeCl₃∙6H₂O溶解在40 mL乙二醇中，再加入6.0 g NaAc∙3H₂O，形成透明溶液，然后加入20 mL乙二胺，加入0.2g的麦饭石粉末，搅拌30 min；得充分混合的黄褐色悬浊液（麦饭石粉末充分分散）；

（2）将上述混合物封装在聚四氟乙烯的反应釜中，在180 ℃加热反应8 h，反应完成后冷却到室温；

（3）将得到的黑色固体用蒸馏水洗涤数次（洗涤掉杂质），磁分离（具体操作为使用磁铁将磁性物质（即Fe₃O₄麦饭石）从洗涤后的固液混合物中分离，弃去蒸馏水），烘干，研磨，过200目筛，得到负载磁性的麦饭石粉末材料MS1；

室温下，在25mL 20mg/L的磷溶液中加入0.1g MS1，振荡2h，吸附率达到81.23%；相同条件下，天然麦饭石对磷溶液的吸附率仅为8.30%。

实施例 2

（1）将2.0 g FeCl₃∙6H₂O溶解在40 mL乙二醇中，再加入6.0 g NaAc∙3H₂O，形成透明溶液，然后加入20 mL乙二胺，加入0.4g的麦饭石粉末，搅拌30 min；得充分混合的黄褐色悬浊液；

（2）将上述混合物封装在聚四氟乙烯的反应釜中，在200 ℃加热反应8 h，反应完成后冷却到室温；

（3）将得到的黑色固体用蒸馏水洗涤数次，磁分离，烘干，研磨，过200目筛，得到负载磁性的麦饭石粉末材料MS2；

室温下，在25mL 20mg/L的磷溶液中加入0.1g MS2，振荡2h，吸附率达到63.47%；相同条件下，天然麦饭石对磷溶液的吸附率仅为8.30%。

实施例 3

（1）将2.0 g FeCl₃∙6H₂O溶解在40 mL乙二醇中，再加入6.0 g NaAc∙3H₂O，形成透明溶液，然后加入20 mL乙二胺，加入0.8g的麦饭石粉末，搅拌30 min；得充分混合的黄褐色悬浊液；

（3）将得到的黑色固体用蒸馏水洗涤数次，磁分离，烘干，研磨，过200目筛，得到负载磁性的麦饭石粉末材料MS3；

室温下，在25mL 20mg/L的磷溶液中加入0.1g MS3，振荡2h，吸附率达到69.48%；相同条件下，天然麦饭石对磷溶液的吸附率仅为8.30%。

实施例 4

（1）将2.0 g FeCl₃∙6H₂O溶解在40 mL乙二醇中，再加入6.0 g NaAc∙3H₂O，形成透明溶液，然后加入20 mL乙二胺，加入2.0g的麦饭石粉末，搅拌30 min；得充分混合的黄褐色悬浊液；

（3）将得到的黑色固体用蒸馏水洗涤数次，磁分离，烘干，研磨，过200目筛，得到负载磁性的麦饭石粉末材料MS4；

室温下，在25mL 20mg/L的磷溶液中加入0.1g MS4，振荡2h，吸附率达到55.30%；相同条件下，天然麦饭石对磷溶液的吸附率仅为8.30%。

实施例 5

（1）将2.0 g FeCl₃∙6H₂O溶解在40 mL乙二醇中，再加入6.0 g NaAc∙3H₂O，形成透明溶液，加入0.8g的麦饭石粉末，搅拌30 min；得充分混合的黄褐色悬浊液；

（2）将上述混合物封装在聚四氟乙烯的反应釜中，在200 ℃加热反应10 h，反应完成后冷却到室温；

（3）将得到的黑色固体用蒸馏水洗涤数次，磁分离，烘干，研磨，过200目筛，得到负载磁性的麦饭石粉末材料MS5；

室温下，在25mL 20mg/L的磷溶液中加入0.1g MS5，振荡2h，吸附率达到20.34%；相同条件下，天然麦饭石对磷溶液的吸附率仅为8.30%。

比较实施例3与实施例5的实验数据可以得出，在其他条件相同的情况下，在制备过程中添加乙二胺制备的负载磁性的麦饭石粉末材料MS3的吸附性能，明显高于，在制备过程中未添加乙二胺制备的负载磁性的麦饭石粉末材料MS5的吸附性能。由此可见，乙二胺在本发明的制备方法中起到了提高产品吸附性能的作用。

从图2可以得出，实施例1-4所制备的负载磁性的麦饭石粉末材料的剩磁Mr (emu/g)、饱和磁化强度Ms (emu/g)和矫顽力Hc (Oe)如表1所示：

表1

由图2和表1数据中可知，随着膨润土的量的增加，饱和磁化强度Ms越来越小，也就是说磁性越来越弱。

从图3可以得出，实施例3、5所制备的磁性膨润土的剩磁Mr (emu/g)、饱和磁化强度Ms (emu/g)和矫顽力Hc (Oe)如表2所示：

表2

由图3和表2的数据可知，MS5（无乙二胺）比添加乙二胺的MS3饱和磁化强度Ms稍大，即MS5比MS3磁性强一点。但是，MS5的剩磁Mr远大于MS3，使其失去了超顺磁性能（Mr越小，超顺磁性能越强）。同时，MS5的磁滞回线的面积比MS3的大得多，磁性材料在反复磁化过程中能力损耗的大小和磁滞回线所包围的面积大小成正比；因此，MS3的超顺磁性能强，在磁化过程中能耗更小。

Claims

1.一种负载磁性的麦饭石粉末材料制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，FeCl₃∙6H₂O、乙二醇、NaAc∙3H₂O、乙二胺和麦饭石粉末的用量比例为：1.0g：20mL：3.0g：10mL：0.1-1.0g。

3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，FeCl₃∙6H₂O、乙二醇、NaAc∙3H₂O、乙二胺和麦饭石粉末的用量比例为：1.0g：20mL：3.0g：10mL：0.1g。

4.根据权利要求1、2或3的制备方法，其特征在于，将FeCl₃∙6H₂O溶解在乙二醇中，然后加入NaAc∙3H₂O。