磁性海泡石的制备及表征

了其磁分离回收率及 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 的饱和交换吸附量。结果表明，Fe3O4 微粒相互聚集并附载于海泡石表面，并与 海泡石形成团聚体。磁性海泡石具超顺磁性，其饱和磁化强度（Ms）、剩余磁化强度（Mr）及磁分离回收率随 Fe3O4 载量 增加而升高，对 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 的饱和交换吸附量随 Fe3O4 载量增加而降低。磁性海泡石中 Fe3O4 载量以 16%（质量分 数）为宜，该磁性海泡石磁分离回收率为 98.1%，对 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 饱和交换吸附量分别为 18.4、16.1、13.6 mg·g-1。
表明，Fe3O4 微粒近似球粒状，大小约 10～20 nm，这
和 XRD 晶粒粒径分析结果大致相当。图 2（b）中海
ÁÂÃÄÅÂÆÁÁÂÃÄÅÆÁ泡石呈纤维状。图2（c）可见Fe3O4球形、块状聚集
体附载于海泡石表面，并与海泡石形成团聚体。图 2（d） 可见海泡石表面附载有 Fe3O4 微粒及 Fe3O4 微粒相 互聚集现象。结合纳米微粒具有高表面能及海泡石 表面存在固有电荷，可以认为，纳米 Fe3O4 微粒为降 低其表面能相互聚集后，并在静电引力的作用下附 载于海泡石表面而形成团聚体，这将有利于磁性海 泡石中海泡石在实际应用中的磁分离回收。
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水处理技术
第 36 卷 第 7 期
度的增大而增大，但最终都趋于饱和；当外加磁场强
度逐渐降低至零时，各样品的磁化强度也同样趋近于
零；反方向施加磁场，各样品的磁化强度则反向趋于饱
和。各样品的磁滞回线接近为重合的 S 型曲线，说明各
样品具超顺磁性，这也和磁性沸石磁滞回线相似[10]。通
过对比表 1 中各样品的 Ms、Mr、Hci 测定结果可以看 出，磁性海泡石具超顺磁性。但由于磁性海泡石中只
性的矿物成分为海泡石所致。同一 Fe3O4 载量的磁 性海泡石，Cu2+、Zn2+、Cd2+ 饱和交换吸附量随离子有
效半径增大 （Cu2+、Zn2+、Cd2+ 离子有效半径分别为
0.065、0.068、0.087 nm）而依次降低，即离子有效半
径越大越不利于交换吸附。
表 2 磁分离回收率及重金属离子的饱和交换吸附量
晶粒粒径为 14 nm；海泡石原矿中主要矿物为海泡
石、另有一定量的滑石及 α- 石英；磁性海泡石中海
泡石晶体结构未发生变化，Fe3O4 谱峰相对强度随
Fe3O4 载量增加而依次增强。
2.2 微区分析
图 2 为 Fe3O4 微 粒 、 海 泡 石 及 磁 性 海 泡 石
（Fe3O4 质量分数为 13%）SEM 及 TEM 照片。图 2（a）
表 1 为 Ms、Hci、Mr 分析结果。由图 3 可知，磁化过程 中 Fe3O4 及磁性海泡石的磁化强度均随外加磁场强
60 40 20
0
/A m kg
-20
-40
-60 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 /10 A m
图 3 Fe3O4 微粒及磁性海泡石的磁滞回线
Fig.3 Hysteresis loops of Fe3O4 magnetic particles and magnetic sepiolite
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海泡石经破碎、粉磨至 0.038 mm 后即制得海泡 石粉体，样品编号为 S1。
磁性海泡石制备过程为：将海泡石粉体加少量去 离子水制成悬浮液后，按一定比例加入 Fe3O4 磁流 体、超声波中分散 30 min 后，105 ℃下真空干燥、研磨 至 0.038 mm 即制得 Fe3O4 质量分数为 10、13、16、20、 25%的磁性海泡石，分别编号为 S2、S3、S4、S5、S6。 1.4 样品表征及性能 1.4.1 样品表征
有 Fe3O4 微粒具磁性，因此其 Ms 和 Mr 较 Fe3O4 低，
但 Hci 变化不明显。对于不同 Fe3O4 载量的磁性海泡
石，Ms 和 Mr 均随 Fe3O4 载量的增加呈规律升高。
表 1 磁性样品磁性参数
Tab.1 Magnetic parameters of magnetic samples
以 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 作为工业废水中常见重金属离 子。具体为：称取海泡石原矿及不同 Fe3O4 载量的磁 性海泡石各 0.2 g，分别加入到 50 mL 摩尔浓度为 0.005 mol·L-1 的 CuSO4 交换液中，常温振荡 12 h 以 保证离子交换饱和后，采用原子吸收光谱仪测定上层 清液中 Cu2+ 浓度，根据测试结果得出样品 Cu2+ 饱和 交换吸附量。改变交换液为 ZnSO4 或 CdCl2 溶液，测 试样品 Zn2+、Cd2+ 饱和交换吸附量。
Tab.2 Magnetic separation recovery rate and saturation exchangeadsorption capacity of heavy metal ion of samples
样品 磁分离回收率 /%
饱和交换吸附量 /mg·g-1
Cu2+
Zn2+
Cd2+
本文先采用化学共沉淀法制备 Fe3O4 磁流体， 再与海泡石复合制备不同 Fe3O4 载量（质量分数，下 同） 的磁性海泡石，并进行表征分析，重点研究 Fe3O4 载量对磁性海泡石磁性能、磁分离回收率及重 金属离子饱和交换吸附量的影响。这对于提高海泡 石的废水处理效率具有现实意义。
1 材料与方法
1.1 试验试剂及原料
第 36 卷 第 7 期
40 2010 年 7 月
水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
Vol.36 No.7 Jul.,2010
磁性海泡石的制备及表征
王维清，冯启明，董发勤
（西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010）
摘 要：先采用化学共沉淀法制备 Fe3O4 磁流体，再与海泡石复合制备一系列不同 Fe3O4 载量（质量分数）的磁性海 泡石，并进行 X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）等表征分析，测定
吸附量分别为 18.4、16.1、13.6 mg·g-1。即当 Fe3O4 质 量分数为 16%时，可获得具超顺磁性、磁分离回收
率高、离子交换吸附性能良好的磁性海泡石。
3结论
分析表明 Fe3O4 微粒附载于海泡石表面，并与海 泡石相互聚集而成团聚体。磁性海泡石具顺磁性，其 饱和磁化强度 Ms、剩余磁化强度 Mr、磁分离回收率 及重金属离子饱和交换吸附量都随 Fe3O4 载量的增 加而升高。因此，在制备 Fe3O4 磁流体的基础上，当 Fe3O4 质量分数为 16%时，可获得具超顺磁性、磁分 离回收率高、离子交换吸附性能良好的磁性海泡石， 该磁性海泡石在处理含重金属离子废水后可在外加 磁场下快速分离回收。
金属离子或有机物工业废水净水剂。但在实际中，上 （油酸钠），上述试剂为分析纯。海泡石原矿，工业
述矿物一般都以矿物粉体加以应用，这也导致微孔 级，湖南浏阳。
矿物粉体长期悬浮于溶液中而难于快速分离回收。 1.2 试验仪器
如能在其中附载一定量的磁性微粒制备磁性矿物材
多用磁性分析仪，北京地质仪器 WCF2-72 型；X
表 2 为海泡石、磁性海泡石的磁分离回收率及
对 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 的饱和交换吸附量。由表 2 可知，
磁性海泡石磁分离回收率随 Fe3O4 质量分数增加而 升高，但当 Fe3O4 载量高于 16%时，磁分离回收率增 加变缓。磁性海泡石的 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 饱和交换吸
附量随 Fe3O4 载量增加而依次降低，但较海泡石低， 这是由于磁性海泡石对 Cu2+、Zn2+、Cd2+ 具交换吸附
图 2（a） Fe3O4 微粒 TEM
图 2（b） 海泡石 SEM
图 2（c） 磁性海泡石 SEM 图 2（d） 磁性海泡石 TEM 图 2 样品的 SEM 及 TEM 照片
Fig.2 SEM and TEM photographs of samples
2.3 磁性分析 图 3 为 Fe3O4 微粒及磁性海泡石的磁滞回线，
关键词：：磁性海泡石；磁性能；磁分离回收率；饱和交换吸附量
中图分类号：TQ424.29
文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2010)07-0040-003
粘土矿物、天然 / 人工合成沸石等微孔矿物具
FeCl3·6H2O、FeSO·4 7H2O、NaOH、HCl、CuSO·4 5H2O、
有离子交换吸附性能或大的比表面积，可用作含重 ZnSO4 ·7H2O、CdCl2 ·2.5H2O、CH3CH2OH、C18H33NaO2
置 FeCl3 与 FeSO4 量比为 3：4 的混合溶液，高速搅拌 下用浓度 0.5 mol·L-1 的 NaOH 调节溶液 pH 至 10 后，于 70 ℃反应 1.5 h，再 50 ℃下静置晶化 1.5 h 后， 于磁性分析仪上快速固液分离。根据生成 Fe3O4 的总 质量加去离子水配制成 Fe3O4 质量分数为 10%的悬 浮液，搅拌下用 0.1 mol·L-1 的 HCl 调节溶液 pH 至 4 后 ， 加 入 质 量 约 为 生 成 Fe3O4 总 质 量 的 30% 的 C18H33NaO2，于 50 ℃下反应 30 min 后，再于多用磁性 分析仪上快速固液分离，并先后用去离子水、无水乙 醇各洗涤 2 次，再加去离子水制成 Fe3O4 质量分数为 50%的磁流体。磁流体经固液分离、干燥后即得 Fe3O4 微粒，样品编号为 S0。
2 结果与讨论
2.1 XRD 分析 图 1 为各样品的 XRD 图谱。由图 1 可知 Fe3O4