磁性铬钴铁氧体纳米复合材料的水热合成及其对镧系离子的高效吸附性能研究

针对水体中镧系离子(Ln(III))污染治理与资源回收难题，本研究通过水热法合成磁性铬钴铁氧体(Cr0.55CoFe1.55O4/MCCF)纳米复合材料，系统考察其对La(III)、Ce(III)、Sm(III)和Eu(III)的吸附性能。结果表明该材料对重镧系离子具有选择性吸附能力，最大吸附量达14.62 mg/g，符合Langmuir模型和准二级动力学，为电子废弃物中稀土元素(REEs)回收提供了新型解决方案。

　　

随着绿色能源技术的快速发展，稀土元素(REEs)在风力发电机、电动汽车电池等领域的应用激增，但传统采矿提取过程不仅成本高昂，还会造成严重的生态破坏。更棘手的是，这些具有持久性的镧系离子(Ln(III))正在通过工业废水进入环境，被欧盟列为关键原材料且主要依赖中国供应。面对资源短缺与环境污染的双重压力，开发高效回收技术成为当务之急。

比沙大学的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，创新性地采用水热法合成磁性铬钴铁氧体(Cr_0.55CoFe_1.55O₄/MCCF)纳米复合材料，通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)确认其11.94 nm的晶体结构，系统评估了pH值、接触时间等参数对La(III)、Ce(III)、Sm(III)和Eu(III)吸附的影响。研究发现该材料对重镧系离子(Sm(III)/Eu(III))具有显著选择性，最大吸附量分别达11.51和14.62 mg/g，吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温模型，热力学参数(ΔH>0, ΔS>0, ΔG<0)证实其为自发的吸热过程。

关键技术包括：1)水热法制备MCCF纳米颗粒；2)X射线衍射表征晶体结构；3)批量吸附实验考察pH(2.0-8.0)、温度(25-45°C)等条件；4)采用Langmuir/Freundlich/D-R模型拟合数据；5)ICP-OMS测定离子浓度。

【结果与讨论】

1. 材料表征：XRD显示尖晶石结构，磁强度达38.5 emu/g，BET比表面积为89.6 m²/g，零电荷点(pH_pzc)为6.8。
2. pH影响：pH=6时吸附效率最高，Eu(III)去除率达92%，归因于表面羟基与Ln(III)的配位作用。
3. 选择性机制：重镧系离子因更高的电荷密度与MCCF产生更强静电作用，Sm(III)/Eu(III)分配系数是轻镧系的3倍。
4. 再生性能：经5次吸附-解吸循环后，Eu(III)吸附容量仍保持初始值的85%。

【结论】该研究首次证实MCCF纳米材料在Ln(III)回收中的双重优势：既可通过磁性分离实现快速回收，又能选择性富集高价值重稀土。其11.94 nm的纳米结构提供了充足活性位点，而Cr/Co掺杂增强了表面配位能力。这项技术为从电子废弃物浸出液中回收REEs开辟了新途径，兼具环境效益与经济价值，对实现稀土资源循环利用具有重要战略意义。