Fe3O4MnO2磁性复合颗粒的制备及表征.doc

Fe3O4 / MnO2 磁性复合颗粒的制备及表征 **** (湖北理工学院化学与材料工程学院) 摘　要: 以纳米Fe3O4 颗粒为核,分别采用液相沉积法和溶胶2凝胶法两种方法将MnO2包覆在其上制备了Fe3O4 / MnO2磁性复合颗粒,并借助XRD、TEM、F TIR 和VSM 等手段分别对纳米Fe3O4颗粒和两种复合颗粒进行表征。结果表明:采用液相沉积法进行包覆可生成以多个纳米Fe3O4颗粒为核、粒径约为200 nm 的近球形Fe3O4 / MnO2磁性复合颗粒,其饱和磁化强度为24. 4 kA ·m- 1 ;采用溶胶2凝胶法进行包覆则生成以单个纳米Fe3O4颗粒为核、粒径约为50 nm 的磁性复合颗粒,包覆层为絮状MnO2,其饱和磁化强度为16. 5 kA ·m- 1 。 关键词: 纳米Fe3O4; 液相沉积法; 溶胶2凝胶法; Fe3O4 / MnO2 复合颗粒 中图分类号: TB383 　　　文献标志码: A 　　　文章编号: 100023738 (2009) 0520041204 1 引　言 近年来,利用人工合成的纳米MnO2 粉去除水中有机污染物已逐渐成为研究热点。已有研究证明,纳米MnO2 粉对苯酚[1 ] 、碱法麦草浆造纸黑液[ 2 ]和染料废水[3 ] 中的各种有机物、无机砷[4 - 5 ] 、镉[6 ] 等均有很强的吸附力。蔡冬鸣等[ 7 ] 研究表明纳米MnO2 粉对甲基橙废水的脱色率为92. 8 % ,对罗丹明B 废水的脱色率为81. 9 % ,且达到最大脱色率所需的时间很短。纳米MnO2 粉的吸附效果虽好,但其沉降性较差,仅靠沉降池沉降去除污染物会使处理后的水中仍存在大量悬浮的纳米MnO2 颗粒,从而造成水体的再次污染[8 ] 。 为了解决用纳米MnO2 粉处理污水后颗粒难以去除的问题,文献[9 ]曾进行过用锰的氧化物包覆纳米Fe2O3 颗粒的方法,但制备出的复合颗粒实际效果如何还不知道;同时关于锰的氧化物包覆纳米Fe2O3颗粒的研究也是很少见到。为此,作者提出将MnO2 包覆在纳米Fe3O4 磁性颗粒上制备Fe3O4 / MnO2复合颗粒,使得这种复合颗粒既可发挥MnO2 的吸附特性,又具备一定的磁性,以便于回收。通过液相沉积法和溶胶2凝胶法分别制备了具有一定磁性的Fe3O4 / MnO2复合颗粒,并对这两种产物的结构与性能进行了表征。 2　试样制备与试验方法 2. 1 　试样制备 试验原料有氯化铁( FeCl3 ) 、四水合氯化亚铁( FeCl2 ·4H2O) 、氢氧化钠(NaOH) 、聚乙二醇( PEG6000) 、高锰酸钾( KMnO4 ) 、四水合乙酸锰、柠檬酸、氨水(NH3 ·H2O) 、无水乙醇,以上试剂均为分析纯。分别配置2 mol ·L - 1 NaOH 溶液和50 g ·L - 1PEG水溶液。首先采用AL104/ 01 型电子天平称取3. 24 g FeCl3 和2. 39 g FeCl2 ·4H2O ( FeCl3 与FeCl2 ·4H2O的物质的量比为1 ∶1. 2) 分别溶于100 mL的蒸馏水中,然后将两种溶液混合均匀并加入100 mL PEG溶液;将混合液加热至75 ℃,采用8522 型恒温加热型磁力搅拌器进行恒温搅拌,转速为1 000 r ·min- 1 ,10 min 后缓慢滴加配置的NaOH 溶液,待溶液完全变黑后,继续滴加直至溶液的p H 值约为11. 5 ;然后在60 ℃恒温搅拌2 h ,采用DL2180A型超声波清洗器超声分散60 min ;将溶液用无水乙醇和蒸馏水反复清洗至中性,进行磁分离后,将分离物放入20223A 型数显电热恒温干燥箱,在60 ℃干燥24 h ;将干燥后的粉体用研钵轻轻研磨,可得黑色有滑腻感的纳米Fe3O4 粉体。称取1. 975 g KMnO4 溶于75 mL 水中,称取4. 6 g 四水合乙酸锰溶于125 mL 水中;称取1 g 制备的Fe3O4 粉体溶于100 mL 50 g ·L - 1 的PEG溶液中,超声分散30 min 制成磁流体;将KMnO4 溶液和四水合乙酸锰溶液直接与磁流体混合,将混合溶液在60 ℃下剧烈搅拌6 h ;将沉淀产物磁分离并用无水乙醇反复洗涤多次,在110 ℃下干燥12 h ;再将其置于S ×225212 型箱式马弗炉中,在280 ℃下煅烧3 h ,制得Fe3O4 / MnO2 复合颗粒P1 (液相沉积法) 。称取2. 45 g 四水合乙酸锰溶于100 mL 水中;称取1. 05 g 柠檬酸溶于100 mL 水中(四水合乙酸锰与柠檬酸的物质的量比为2 ∶1) ;称取1 g 制备的纳米Fe3O4粉体,溶于100 mL 50 g ·L - 1 的PEG溶液,超声分散30 min ,制成悬浮液A ;将乙酸锰