尖晶石铁氧体纳米吸附剂在废水处理中的应用研究
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１ ＳＦＮＰｓ的合成
纳米材料的合成方法有两大类，即“自下而上” 和“自上而下”。在“自下而上”的合成过程中，离子 被化学地结合在一起形成粒子，而在“自上而下”的 合成 技 术 中，化 学 物 质 被 粉 碎 形 成 微 小 的 粒 子。 “自下而上 ”方 案 有 几 种 合 成 技 术，包 括 共 沉 淀 法、 水热法、热分解法、溶剂热法、溶胶凝胶法、声化学 法、微波辅助法、微乳液法和多元醇法，其中前 ４种 技术更流行。而只有机械铣削技术和脉冲激光烧蚀 是“自上 而 下 ”合 成 技 术 常 见 的［３］。 ＳＦＮＰｓ的 性 质 受合成工艺的种类影响很大，而合成工艺的种类又 对 ＳＦＮＰｓ吸 附 废 水 污 染 物 的 能 力 有 很 大 的 影 响。
２ ＳＦＮＰｓ及其复合材料的特点及吸附性能
２．１ ＳＦＮＰｓ及其复合材料的特点 使用吸附剂处理水和废水被认为是最经济的替
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ＴＡＮＧＫａｉ
（ＴｈｅＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ）
目前，全世界对清洁用水和安全用水的需求量 迅速增加。然而，为了提供安全优质的水资源，通常 采用的纯化方法是不合适的。因此，寻找新的经济 有效的净水技术是不可避免的，纳米材料在水的净 化方 面 具 有 巨 大 的 潜 力。 然 而，一 些 纳 米 颗 粒 （ＮＰｓ）是有毒的，如果不适当考虑，它们可能成为一
第 ４８卷第 １０期 ２０１９年 １０月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１９
wenku.baidu.com
尖晶石铁氧体纳米吸附剂在废水处理中的应用研究
唐凯
（重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 ４０００６７）
摘 要：简要介绍了尖晶石铁氧体纳米粒子的晶体结构、常见的合成方法；简要分析了尖晶石铁氧体纳米粒子吸附 剂的特点、吸附机理和影响吸附性能的因素；简要概述了尖晶石铁氧体纳米粒子对金属离子、染料和其它污染物 （酚类、农药等）的吸附研究概况；简要展望了未来进一步研究和探索的方向。 关键词：尖晶石铁氧体；纳米粒子；吸附剂；吸附研究 中图分类号：ＴＱ０１６；ＴＱ０２１；Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）１０－２４９０－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｍｏｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｄｓｏｒｂｅｎｔｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓ，ｄｙｅｓａｎｄｏｔｈｅｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ（ｐｈｅｎｏｌｓ，ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ，ｅｔｃ．）ｂｙｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｓｂｒｉｅｆｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｌｏｏｋｉｎｇｆｏｒ ｗａｒｄｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅ；ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ；ａｄｓｏｒｂｅｎｔ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｔｕｄｙ
类新的危害人类健康和环境安全的有害污染物［１］。 现有的技术中，ＳＦＮＰｓ在水处理工业中的应用对于 通过吸附或降解过程直接去除污染物变得极为重 要。例如，ＳＦＮＰｓ被用 于 工 业 废 水 处 理，以 去 除 染 料、酚类和 有 毒 微 量 金 属。 ＳＦＮＰｓ的 另 一 个 优 点 是 易于通过外加磁场从反应混合物中回收，并且可以 多次重复使用［２］。
尖晶 石 铁 氧 体 是 均 质 材 料，通 用 化 学 式 为 ＡＢ２Ｏ４，其中 Ａ和 Ｂ是金属阳离子，位于两个不同的 晶体位置，四面体 （Ａ位）和 八 面 体 （Ｂ位）［由 Ｆｅ （ＩＩＩ）组成］，是其 结 构 中 的 主 要 成 分 之 一。 在 公 式 ＭＦｅ２Ｏ４中，根据 Ｍ（ＩＩ）和 Ｆｅ（ＩＩＩ）的位置偏好，已知 ３种可能的尖晶石铁氧体结构，即正态结构、反向结 构和混合结构。
尖晶石铁氧体纳米粒子（ＳＦＮＰｓ）磁性材料是一 类重要的含铁离子的复合金属氧化物，具有一般结 构 公 式 Ｍ２＋ Ｆｅ３ ２＋Ｏ４（其 中 Ｍ ＝Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、 Ｚｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋等）。ＳＦＮＰｓ具有独特的物理化学 性质，包括优异的磁性、高比表面积、表面活性位点、 高的化学稳定性、可调的形状和尺寸以及易于改性 或功能化。
第 １０期
唐凯：尖晶石铁氧体纳米吸附剂在废水处理中的应用研究
２４９１
例如，在比较 ＮｉＦｅ２Ｏ４ 纳米颗粒的亮绿脱色的研究 中，在微波辐射下，在共沉淀法合成 ＮｉＦｅ２Ｏ４ 纳米颗 粒的存在下，６０％的亮绿脱色在 １０ｍｉｎ内完成，而 在溶胶法合成 ＮｉＦｅ２Ｏ４时，没有观察到显著变化［４］。 总的来说，合成方法对 ＳＦＮＰｓ的尺寸、表面电荷、形 状、稳 定 性、阳 离 子 分 布 和 磁 性 能 有 显 著 影 响。 因 此，应根据 ＳＦＮＰｓ／ＳＦＮＣｓ的最终应用领域，适当注 意合成技术的选择。
收稿日期：２０１９０４１４ 修改稿日期：２０１９０５０８ 基金项目：重庆市科委基金（ｃｓｔｃ２０１４ｙｙｋｆＡ２０００３） 作者 简 介：唐 凯 （１９９４－），男，四 川 乐 山 人，在 读 硕 士 研 究 生，师 从 钟 成 华 教 授，从 事 水 处 理 方 面 的 研 究。电 话：
１７７２６５８１７０８，Ｅ－ｍａｉｌ：１７７２６５８１７０８＠１６３．ｃｏｍ
纳米材料的合成方法有两大类，即“自下而上” 和“自上而下”。在“自下而上”的合成过程中，离子 被化学地结合在一起形成粒子，而在“自上而下”的 合成 技 术 中，化 学 物 质 被 粉 碎 形 成 微 小 的 粒 子。 “自下而上 ”方 案 有 几 种 合 成 技 术，包 括 共 沉 淀 法、 水热法、热分解法、溶剂热法、溶胶凝胶法、声化学 法、微波辅助法、微乳液法和多元醇法，其中前 ４种 技术更流行。而只有机械铣削技术和脉冲激光烧蚀 是“自上 而 下 ”合 成 技 术 常 见 的［３］。 ＳＦＮＰｓ的 性 质 受合成工艺的种类影响很大，而合成工艺的种类又 对 ＳＦＮＰｓ吸 附 废 水 污 染 物 的 能 力 有 很 大 的 影 响。
２ ＳＦＮＰｓ及其复合材料的特点及吸附性能
２．１ ＳＦＮＰｓ及其复合材料的特点 使用吸附剂处理水和废水被认为是最经济的替
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ＴＡＮＧＫａｉ
（ＴｈｅＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ）
目前，全世界对清洁用水和安全用水的需求量 迅速增加。然而，为了提供安全优质的水资源，通常 采用的纯化方法是不合适的。因此，寻找新的经济 有效的净水技术是不可避免的，纳米材料在水的净 化方 面 具 有 巨 大 的 潜 力。 然 而，一 些 纳 米 颗 粒 （ＮＰｓ）是有毒的，如果不适当考虑，它们可能成为一
第 ４８卷第 １０期 ２０１９年 １０月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１９
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尖晶石铁氧体纳米吸附剂在废水处理中的应用研究
唐凯
（重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 ４０００６７）
摘 要：简要介绍了尖晶石铁氧体纳米粒子的晶体结构、常见的合成方法；简要分析了尖晶石铁氧体纳米粒子吸附 剂的特点、吸附机理和影响吸附性能的因素；简要概述了尖晶石铁氧体纳米粒子对金属离子、染料和其它污染物 （酚类、农药等）的吸附研究概况；简要展望了未来进一步研究和探索的方向。 关键词：尖晶石铁氧体；纳米粒子；吸附剂；吸附研究 中图分类号：ＴＱ０１６；ＴＱ０２１；Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）１０－２４９０－０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｍｏｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｄｓｏｒｂｅｎｔｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓ，ｄｙｅｓａｎｄｏｔｈｅｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ（ｐｈｅｎｏｌｓ，ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ，ｅｔｃ．）ｂｙｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｓｂｒｉｅｆｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｌｏｏｋｉｎｇｆｏｒ ｗａｒｄｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｎｅｌｆｅｒｒｉｔｅ；ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ；ａｄｓｏｒｂｅｎｔ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｔｕｄｙ
类新的危害人类健康和环境安全的有害污染物［１］。 现有的技术中，ＳＦＮＰｓ在水处理工业中的应用对于 通过吸附或降解过程直接去除污染物变得极为重 要。例如，ＳＦＮＰｓ被用 于 工 业 废 水 处 理，以 去 除 染 料、酚类和 有 毒 微 量 金 属。 ＳＦＮＰｓ的 另 一 个 优 点 是 易于通过外加磁场从反应混合物中回收，并且可以 多次重复使用［２］。
尖晶 石 铁 氧 体 是 均 质 材 料，通 用 化 学 式 为 ＡＢ２Ｏ４，其中 Ａ和 Ｂ是金属阳离子，位于两个不同的 晶体位置，四面体 （Ａ位）和 八 面 体 （Ｂ位）［由 Ｆｅ （ＩＩＩ）组成］，是其 结 构 中 的 主 要 成 分 之 一。 在 公 式 ＭＦｅ２Ｏ４中，根据 Ｍ（ＩＩ）和 Ｆｅ（ＩＩＩ）的位置偏好，已知 ３种可能的尖晶石铁氧体结构，即正态结构、反向结 构和混合结构。
尖晶石铁氧体纳米粒子（ＳＦＮＰｓ）磁性材料是一 类重要的含铁离子的复合金属氧化物，具有一般结 构 公 式 Ｍ２＋ Ｆｅ３ ２＋Ｏ４（其 中 Ｍ ＝Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、 Ｚｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋等）。ＳＦＮＰｓ具有独特的物理化学 性质，包括优异的磁性、高比表面积、表面活性位点、 高的化学稳定性、可调的形状和尺寸以及易于改性 或功能化。
第 １０期
唐凯：尖晶石铁氧体纳米吸附剂在废水处理中的应用研究
２４９１
例如，在比较 ＮｉＦｅ２Ｏ４ 纳米颗粒的亮绿脱色的研究 中，在微波辐射下，在共沉淀法合成 ＮｉＦｅ２Ｏ４ 纳米颗 粒的存在下，６０％的亮绿脱色在 １０ｍｉｎ内完成，而 在溶胶法合成 ＮｉＦｅ２Ｏ４时，没有观察到显著变化［４］。 总的来说，合成方法对 ＳＦＮＰｓ的尺寸、表面电荷、形 状、稳 定 性、阳 离 子 分 布 和 磁 性 能 有 显 著 影 响。 因 此，应根据 ＳＦＮＰｓ／ＳＦＮＣｓ的最终应用领域，适当注 意合成技术的选择。
收稿日期：２０１９０４１４ 修改稿日期：２０１９０５０８ 基金项目：重庆市科委基金（ｃｓｔｃ２０１４ｙｙｋｆＡ２０００３） 作者 简 介：唐 凯 （１９９４－），男，四 川 乐 山 人，在 读 硕 士 研 究 生，师 从 钟 成 华 教 授，从 事 水 处 理 方 面 的 研 究。电 话：
１７７２６５８１７０８，Ｅ－ｍａｉｌ：１７７２６５８１７０８＠１６３．ｃｏｍ