磁性铁氧体/氧化铝纳米复合材料的制备及吸附去除Cr6+的研究

磁性复合材料的性质可以通过改变复合材料的成分、结构和形貌进行精确控制，在纳米复合材料设计与应用方面具有诱人的应用前景。本项目旨在实现单分散、尺寸、形貌和化学成分可控的磁性铁氧体的制备，并在此基础上合成以该磁性载体为核心、以氧化铝为壳层的纳米结构复合材料。揭示磁性铁氧体及核壳结构复合材料的合成机理及形貌演变规律；探索实验条件对核壳结构纳米复合材料的尺寸及形貌的影响规律；通过对铁氧体/氧化铝核壳结构纳米复合材料制备工艺的研究，探索出一套制备铁氧体/氧化物核壳结构复合材料的通用方法，以拓展复合材料的应用领域；建立磁学性能与材料成分、结构、尺寸及形貌的相互关系，为获得可靠磁性吸附材料提供依据；探讨磁性铁氧体及其与氧化铝纳米复合材料在废水处理中对Cr6+的吸附效果，为磁性分离吸附材料的发展奠定基础。

磁性复合材料的性质可以通过改变复合材料的成分、结构和形貌进行精确控制。由两种或两种以上材料形成的异质结构可以以一种单一的颗粒形式存在，由此化学成分和结构产生的特性引起科学家的兴趣。基于氧化铝优异的吸附性能和铁氧体的磁学性能制备磁性高吸附性能复合材料具有重要意义。本项目首先采用溶剂热/水热方法制备了单分散、尺寸、形貌和化学成分可控的磁性铁氧体粉末。研究了不同反应体系制备铁氧体材料的物相、形貌和形成过程；探讨了表面活性剂、沉淀剂种类、反应溶剂、反应温度和反应时间对产品物相和形貌的影响；并对制备的铁氧体的孔结构、磁学性质和吸附去除Cr6+的效果进行研究。采用乙二醇-十二胺体系、乙二醇-乙酸钠-聚乙二醇体系和乙二醇-乙醇胺体系以溶剂热法制备的铁氧体均为单相非化学计量比铁酸锌、铁酸镍、铁酸锰、铁酸镁、铁酸铜和铁酸钴，多孔球形铁酸盐颗粒是由纳米粒子自组装形成。非化学计量比铁酸盐可以作为前驱物制备MFe2O4-Fe2O3复合材料，保持铁酸盐多孔球形颗粒形貌。采用水热法乙醇胺-水体系制备的铁酸盐材料符合其化学计量比，制备样品为纳米颗粒。项目研究了基于不同方法制备的铁酸盐对Cr6+的吸附效果，研究了吸附时间、吸附剂浓度、Cr6+溶液浓度和pH值对Cr6+吸附去除率的影响。制备的多孔铁氧体材料的吸附效果较好，球形铁酸锰粉末吸附去除Cr6+的效果要优于铁酸锰纳米颗粒的吸附效果，并同时显示出其磁性分离的优势。分别采用直接法和间接法制备铁氧体/氧化铝复合材料。直接法是采用异丙醇铝水解的方法直接在铁酸镍球形颗粒表面沉积，经过煅烧制备NiFe2O4-Fe2O3@Al2O3复合材料。间接法是采用多步法制备NiFe2O4-Fe2O3@SiO2@Al2O3复合材料，在铁酸镍和氧化铝中间引入过渡层二氧化硅。研究了复合材料的孔结构和吸附去除Cr6+的效果。NiFe2O4-Fe2O3@SiO2@Al2O3多孔球具有很好的磁学性能，在外加磁场作用下可实现快速固液分离。项目的完成将为载磁复合氧化物材料的可控合成提供科学依据，还将为载磁吸附材料的开发提供理论与技术基础。在本项目的资助下，项目组在知名学术期刊上发表研究论文15篇，其中被SCI收录13篇，被EI收录14篇；申请中国发明专利2项。