本發(fā)明涉及無機功能材料及重金屬去除領域，具體涉及一種磁性層狀雙金屬氧化物及其制備方法和應用。

背景技術：

1、在重金屬離子造成的水、土壤和大氣污染中，電鍍廢水和重金屬廢水造成的土壤重金屬污染有很高的占比。在這類污染中，鎘、鎳和銅作為造成重金屬污染的幾種主要元素，它們都對人們的健康具有極大的威脅。與水中的重金屬污染不同，土壤中的重金屬污染環(huán)境更加復雜，且處理重金屬污染后的吸附劑不易從土壤中分離。因此，人們亟需開發(fā)一種吸附性能優(yōu)異且可從土壤中分離的高效吸附劑。

2、水滑石(layered?double?hydroxides，ldhs)是一類二維層狀材料，由帶正電的層板、平衡電荷的層間陰離子和溶劑分子組成。利用同晶取代等方式將重金屬離子固定在ldhs的層板結構中，吸附后的產物具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以有效避免吸附產物中重金屬的二次污染。此外，鐵基磁性材料因其制作成本低、磁性優(yōu)異、可大規(guī)模制備受到了人們的廣泛關注。在眾多鐵基磁性材料中，磁性納米顆粒由于具有大的比表面積和可使用磁場快速從體系中分離的特點，在吸附領域具有廣泛的應用。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種磁性層狀雙金屬氧化物及其制備方法和應用，所得的磁性層狀雙金屬氧化物材料中，γ-fe2o3與ldo結合牢固，對水和土壤中的重金屬離子如cd2+、ni2+和cu2+等,具有良好的吸附效果，且具有良好的磁分離性能，可以穩(wěn)定地去除水和土壤中重金屬離子。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

3、一種磁性層狀雙金屬氧化物的制備方法，該方法以金屬鹽為原料，首先通過水熱法合成γ-fe2o3，之后采用溶膠-凝膠法合成γ-fe2o3@sio2材料，之后在γ-fe2o3@sio2原位生長ldhs并焙燒形成γ-fe2o3@sio2@ldo磁性層狀雙金屬氧化物材料，合成過程包括以下步驟：

4、s1、將2.50～4.00gfecl3·6h2o溶解在70ml乙二醇(eg)中，攪拌至全部溶解，加入4.68～7.30g無水醋酸鈉(naac)，持續(xù)攪拌1h后，將溶液倒入100ml的聚四氟乙烯反應釜中，在烘箱中200℃反應12h，將黑色固體產物磁分離，去離子水洗滌兩次，乙醇洗滌兩次，在烘箱中60℃干燥12h，得到γ-fe2o3；

5、s2、將100～300mgγ-fe2o3加入100～500ml乙醇和水的混合溶液中(v醇:v水＝4:1)，之后加入1～5ml氨水，攪拌10min，得混合溶液；

6、s3、取teos2～10ml分散在10ml乙醇中，滴入前述的混合溶液中，攪拌6h，之后將黑色固體產物磁分離，去離子水洗滌兩次，乙醇洗滌兩次，在烘箱中60℃干燥12h后得到黑色的γ-fe2o3@sio2粉末。

7、s4、配制溶液a：將可溶性二價金屬鹽和可溶性三價金屬鹽按摩爾比為m2+/m3+＝3～0.5的比例溶于去離子水中配成混合鹽溶液。其中：[m2+]＝0.05～0.5mol/l；

8、配制溶液b：在5～10ml水中溶解0.2～0.8g?naoh和0.15～0.65g?na2co3；s5、在燒瓶中將γ-fe2o3@sio2超聲分散在10～15ml去離子水中，劇烈攪

9、拌10min，之后加入80～150mgna2co3，劇烈攪拌30min；之后，在攪拌狀態(tài)下，將溶液a和溶液b同時滴入燒瓶中，保持溶液ph在9.8～10.2之間，反應1h，之后將產物磁分離，水洗至體系呈中性，乙醇洗滌兩遍，于60℃烘箱中干燥12h得到γ-fe2o3@sio2@ldh。

10、s6、取100mgγ-fe2o3@sio2@ldh置于磁舟中，空氣氣氛在一定溫度下煅燒3h，得到γ-fe2o3@sio2@ldo。

11、進一步地，m2+為mg2+或ca2+中任意一種或兩種，m3+為fe3+或al3+中的任意一種。

12、本發(fā)明還提供了一種磁性層狀雙金屬氧化物，由層狀雙金屬氧化物與γ-fe2o3@sio2結合組成，其中，片狀的層狀雙金屬氧化物(ldo)交錯排列在鐵基磁性納米球表面，sio2用于提供層狀雙金屬氧化物的結合位點，提高材料結構的穩(wěn)定性。

13、本發(fā)明所述的磁性層狀雙金屬氧化物可用于水和土壤中的重金屬離子吸附，其中，所述的重金屬為cu、co、ni、zn和cd。

14、本發(fā)明提出了一種新的磁性層狀雙金屬氧化物材料的制備方法，合成的材料中，γ-fe2o3與ldo結合牢固，對水和土壤中的重金屬離子如cd2+、ni2+和cu2+等,具有良好的吸附效果，吸附重金屬離子生成的產物為含重金屬的水滑石，在磁場環(huán)境下具有良好的磁分離效果。

15、將本發(fā)明制備的磁性層狀雙金屬氧化物材料應用于水和土壤中重金屬離子的去除，去除效果優(yōu)異?？梢杂行ё柚怪亟饘匐x子在土壤中的遷移。此外，材料還可以明顯改善重金屬污染土壤對植物生長的抑制。

技術特征：

1.一種磁性層狀雙金屬氧化物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種磁性層狀雙金屬氧化物的制備方法，其特征在于，m2+為mg2+或ca2+中任意一種或兩種，m3+為fe3+或al3+中的任意一種。

3.一種磁性層狀雙金屬氧化物，其特征在于，由層狀雙金屬氧化物與γ-fe2o3@sio2結合組成，其中，片狀的層狀雙金屬氧化物(ldo)交錯排列在鐵基磁性納米球表面，sio2用于提供層狀雙金屬氧化物的結合位點。

4.如權利要求3所述的一種磁性層狀雙金屬氧化物的應用，其特征在于，用于水和土壤中的重金屬離子吸附。

5.如權利要求4所述的一種磁性層狀雙金屬氧化物的應用，其特征在于，所述的重金屬為cu、co、ni、zn和cd。

技術總結
本發(fā)明涉及無機功能材料領域，具體涉及一種磁性層狀雙金屬氧化物及其制備方法和應用，制備時，以金屬鹽為原料，首先采用水熱法合成γ?Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;磁性納米顆粒，之后依次采用溶膠?凝膠法和雙滴法在γ?Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;磁性納米顆粒表面包覆SiO<subgt;2</subgt;和LDHs，焙燒，構筑了γ?Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;@LDO材料。本發(fā)明獲得的磁性層狀雙金屬氧化物材料中，γ?Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;與LDO結合牢固，對水和土壤中的重金屬離子如Cd<supgt;2+</supgt;、Ni<supgt;2+</supgt;和Cu<supgt;2+</supgt;等,具有良好的吸附效果，且具有良好的磁分離性能。

技術研發(fā)人員：宋宇飛,崔東元,安賽,陳偉
受保護的技術使用者：北京化工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9