一种铁锰复合氧化物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铁锰复合氧化物的制备方法，步骤如下：(1)将七水硫酸亚铁溶液滴加到高锰酸钾溶液中，15-25℃下反应1-1.5小时，反应得到褐红色悬浊液，反应过程调节溶液的pH为3.0-4.0；(2)将步骤(1)得到的褐红色悬浊液转入到反应釜中，在160-200℃下反应5-7小时，冷却，离心，得到褐红色沉淀，洗涤沉淀，至洗涤液的电导率保持不变；(3)将步骤(2)得到的褐红色沉淀室温老化3.5-4.5小时，干燥，研细，得到铁锰复合氧化物的粉末。制备得到的铁锰复合氧化物表面粗糙，比表面积大，复合氧化物表面细小颗粒之间形成较为均匀的孔隙结构，容易将水中铬离子吸附其中，适合于不同浓度的含铬废水的处理，去除率高，而且成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于水处理

技术介绍
铬是环境中非常重要的金属元素，其广泛分布在地壳中。随着工农经济的飞速发 展，由金属铬元素引起的环境污染问题在工业化城市进程中日趋严峻，电镀、制革、采矿、金 属冶炼以及金属表面处理等工业的生产制造过程中大量使用含铬矿石、物质材料等，导致 大量的含铬污染物通过各种途径（如工业含铬废水排放、铬渣堆放等）进入水体环境，进而 引起水体环境不同程度的重金属铬污染，因此水体环境铬污染治理受到国内外学者的高度 重视。调查研宄显示，Cr(VI)的生物有效性要高于Cr(III)，且毒性也更大，约是三价铬的 100倍。重金属铬能够对人体健康、水生生物、生态环境造成重大危害，它不仅有刺激作用， 能够引发皮肤病变（如过敏现象），还有致癌作用。此外，长期接触含铬环境，会造成人体、 生物的新陈代谢紊乱。 天然存在的铁锰氧化物被广泛认为对重金属离子具有强烈的吸附和富集能力，主 要表现在氧化物的表面特性，例如锰氧化物表面存在比较完善的孔道。此外，铁、锰是变价 元素，其（氢）氧化物通常具有氧化还原作用。因此，近些年来国内外研宄学者广泛聚焦于 铁锰氧化物对重金属离子的吸附/解吸行为以及机理的探讨研宄。针对不同重金属离子， 铁锰复合氧化物表现出的吸附能力和机理都存在明显不同。ZHANG，Sofia Tresintsi等 研宄铁锰氧化物去除水体中As (III)的机理，结果表明As (III)的去除机理主要为Mn4+对 As3+的氧化作用和Fe对As 5+的吸附作用；袁林通过试验制备了铁锰复合氧化物，并研宄其 对Pb2+、Cd 2+的吸附/解吸性能，通过对不同pH值、离子强度、温度及竞争等试验条件下铁 锰复合氧化物与Pb2+Xd 2+之间的关系探讨发现，铁锰复合氧化物对Pb2+Xd2+表现出很强的 吸附能力，当两者处于统一体系，铁锰复合氧化物倾向于先吸附Pb 2+。 铁锰复合氧化物的制备方法和条件是研宄铁锰复合氧化物吸附性能的一个重要 因素，目前铁锰复合氧化物的制备方法主要有共沉淀法、水热法和热解法等，但共沉淀法制 备的铁锰复合氧化物的性质不稳定，氧化过程需要较长时间，并且在制备过程需要分步进 行，增加了成本；水热法是制备纳米材料的一种常用方法，它制备出的物质粒子纯度高、分 散性好、晶形好且可控制，生产成本低，但其不适用于制备一些易于与水反应或易于水解、 分解的化合物，而铁氧化物容易水解。铁氧化物和锰氧化物在常温常压条件下容易自发反 应生成复合物，水热法是在高温高压条件下进行，因此，直接用水热法制备铁锰复合氧化物 容易产生团聚现象。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种铁锰复合氧化物及其制备方 法，采用共沉淀法和水热法相结合制备纳米级的铁锰复合氧化物，首先通过共沉淀法使两 种溶液充分反应，得到微米级铁锰复合氧化物，再通过水热法改变铁锰复合氧化物的晶体 结构，调节其粒径的大小和分布。 本专利技术的另一目的是提供该铁锰复合氧化物在水体中铬（VI)离子吸附中的应 用。 为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案： 一种铁锰复合氧化物的制备方法，步骤如下： (1)将七水硫酸亚铁（FeSO4 · 7H20)溶液滴加到高锰酸钾溶液中，15-25°c下反应 1-1. 5小时，反应得到褐红色悬浊液，反应过程调节溶液的pH为3. 0-4. 0 ; (2)将步骤（1)得到的褐红色悬浊液转入到反应釜中，在160-200°c下反应5-7小 时，冷却，离心，得到褐红色沉淀，洗涤沉淀，至洗涤液的电导率保持不变； (3)将步骤（2)得到的褐红色沉淀室温老化3. 5-4. 5小时，干燥，研细，得到铁锰复 合氧化物的粉末。 步骤（1)中，七水硫酸亚铁溶液和高锰酸钾溶液中，铁离子和锰离子的摩尔比为 (1-5) :1，优选为 3:1。 步骤（1)中，七水硫酸亚铁溶液的滴加速度为ld/s。 步骤（1)中，反应过程调节溶液的pH所用的溶液为lmol/L的稀盐酸溶液。 步骤（2)中，采用低速离心机进行离心，离心转速为2400rpm/min。 优选的，步骤（2)中，反应温度为180°C，反应时间为6小时。 优选的，步骤⑶中，老化时间为4小时。 该方法制备得到的铁锰复合氧化物，其比表面积为370-375m2/g，为粒径分布均匀 的短棒状纳米颗粒，粒径长为100_120nm，宽为50-60nm ; 铁锰复合氧化物表面粗糙，由细小圆形颗粒密集排布形成，固体颗粒大小较为均 匀，并且复合物表面细小颗粒之间形成较为均匀的孔隙结构，容易将水中铬（VI)离子吸附 其中，进而降低水中铬污染。 本专利技术进一步提供了铁锰复合氧化物在吸附水中铬（VI)离子的应用，具体应用 方法为：将铁锰复合氧化物加入到待处理废水中，每IL待处理废水中铁锰复合氧化物的加 入量为（2-4) g，调整待处理废水的pH为2-11。 溶液的pH与铁锰复合氧化物的吸附效果密切相关，这主要与溶液中Cr(VI)离子 存在形式有关，在pH值为2-7时，主要以Cr 2O广存在，pH > 7时主要为CrO广。溶液中同 为二价离子的Cr2O72-的含量是CrO 42_的一倍，且Cr 2 072_更偏喜好存在强酸性溶液中，因此 溶液pH < 7时Cr (VI)的去除率较高，同时Cr (VI)的去除率是逐渐降低的。但当溶液pH 值< 3时，铁锰复合氧化物部分会被强酸性溶液溶解，形成的Fe、Mn离子发生水解反应形 成相应的氢氧化合物，能够与铬酸根离子发生络合反应，进而增大了对Cr(VI)离子的去除 率，另一方面，随着溶液pH值的增加，吸附剂表面会发生去质子化反应，表面的正电荷会减 少，其吸附铬离子的能力降低。在碱性溶液中存在大量的0Γ离子，能够与溶液中的铬酸根 离子形成竞争吸附体系，所以在PH > 8时Cr(VI)的去除率会降低。 本专利技术的有益效果： (1)本专利技术的铁锰复合氧化物的制备方法反应条件温和，由于反应原料中，铁氧化 物容易水解，铁氧化物和锰氧化物在常温常压条件下容易自发反应生成复合物，不适合采 用水热法直接制备铁锰复合氧化物，本专利技术通过共沉淀法和水热法相结合，首先通过共沉 淀法使两种溶液充分反应，得到微米级铁锰复合氧化物，再通过水热法改变铁锰复合氧化 物的晶体结构，调节其粒径的大小和分布，制备得到粒径大小均匀、形状规则、分散性好、比 表面积大的短棒状纳米颗粒。 (2)本专利技术制备得到的铁锰复合氧化物表面粗糙，比表面积大，复合物表面细小颗 粒之间形成较为均匀的孔隙结构，容易将水中铬离子吸附其中，适合于不同浓度的含铬废 水的处理，去除率高，而且废水处理的成本较低。【附图说明】 图1为X-射线衍射分析图； 图2为红外光谱法分析图； 图3为扫描电镜分析图； 图4为透射电镜分析图； 图5为铁锰复合氧化物的添加量对吸附Cr (VI)的影响结果； 图6为pH值铁锰复合氧化物吸附Cr (VI)的影响结果； 图7为初始浓度对铁锰复合氧化物吸附Cr (VI)的影响结果； 图8为共存离子对铁锰复合氧化物吸附Cr (VI)的影响结果。【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解 释本专利技术，并不对其内容进行限定。 实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁锰复合氧化物的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将七水硫酸亚铁溶液滴加到高锰酸钾溶液中，15‑25℃下反应1‑1.5小时，反应得到褐红色悬浊液，反应过程调节溶液的pH为3.0‑4.0；(2)将步骤(1)得到的褐红色悬浊液转入到反应釜中，在160‑200℃下反应5‑7小时，冷却，离心，得到褐红色沉淀，洗涤沉淀，至洗涤液的电导率保持不变；(3)将步骤(2)得到的褐红色沉淀室温老化3.5‑4.5小时，干燥，研细，得到铁锰复合氧化物的粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜亮，鞠甜甜，刘玉真，王玉番，杨传玺，刘晓晖，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37