毒性重金属离子作为水污染的主要源之一,对人类生命及自然环境具有严重危害。重金属污染主要源于冶炼矿石或核燃料提炼活动；另外,诸如冶金、制革、化工、采矿及电池制造业等工业活动所产生的废水中也含有多种毒性重金属离子,而且其含量常常超过所允许排放标准。如果将上述工业废水未经处理直接排放,将会对水生物及人类生命产生极大危害。例如：Cu2+、Cd2+、Cr6+及Ni2+等离子被列入11种最有毒金属离子的行列中,同这些离子过度接触会导致皮肤不适甚至癌症等疾病。采用化学沉淀或离子交换方法去除废水中毒性金属离子时所得到产物进入土壤且无法降解,对环境及生命体造成潜在危害。因此,如何有效的分离出工业废水中的毒性金属离子成为挑战性工作,近几十年来在世界范围内引起广泛关注。纳米粒子具有独特的物理及化学性能,广泛应用于诸如生物传感器、润滑剂、太阳能电池、药物输送等多个领域,而这些特性与纳米粒子表面所具有的特殊结构密切相关。由于纳米Fe304微粒所具有的优异的生物兼容性及良好的磁性能,除了应用于上述领域外,其用途近期已经拓展到在磁纪录技术、催化剂及染色剂等领域。本研究正是利用纳米Fe304微粒所具有的大的比表面积及良好的磁性能,采用不同的制备方法制备出具有不同平均粒径的Fe304微粒,并将其与含毒性金属离子的废水相接触,然后利用外部磁场使其与废水分离,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),红外光谱仪,热重分析仪,表面积分析仪和Z-电位分析仪等分析手段对产物进行了结构及性能表征；研究其对重金属离子的吸附性能及吸附机理,主要研究结果包括：1.采用多元醇法和共沉淀法制备纳米Fe304粒子,并使用聚乙二醇(PEG-4000)对共沉淀法制备的纳米Fe304粒子进行了表面改性,红外光谱(IR)分析证明可以有效地合成Fe304粒子-有机大分子复合材料。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM),比表面积测定仪等分析技术对样品进行表征,结果表明：多元醇方法制备的Fe304粒子平均粒径约为35 nm,比表面积为4.6×101m2/g。共沉淀方法制备的Fe304粒子平均粒径为8 nm,比表面积为1.9×102m-2/g。共沉淀法制备的表面包覆了PEG-4000的Fe304粒子平均粒径为12 nm,比表面积为1.1×102m2/g。2.将三种Fe304粒子与含Ni(Ⅱ), Cu(Ⅱ), Cd(Ⅱ)及Cr(Ⅵ)四种有毒金属离子的废水接触,进行吸附试验,并与普通粗晶Fe304粒子的吸附效果过进行对比。结果表明Fe304粒子对废水中的重金属离子的提取能力随吸附剂的平均粒径减小(或表面积增大)而提高；普通粗晶Fe304粒子的吸附容量为5.10 mg/g,多元醇法制备的Fe304粒子的吸附容量为7.32 mg/g,共沉淀法制备的表面包覆PEG-4000的Fe304粒子吸附容量为23.04 mg/g,共沉淀法制备的Fe304粒子吸附容量为34.83 mg/g,是普通粗晶Fe304粒子的6倍多。3.在室温下,采用共沉淀法制备的平均粒径为8 nm的Fe304粒子7g与1000 ml含41.87 Ni2+,47.44 Cu2+和43.61 Cr6+(mg/L),pH=4.0的废水接触24 h后分离,废水中四种离子的浓度分别为Ni2+<0.01,Cu2+<0.01,Cr6+<0.01和Cd2+=0.02 mg/l,处理后的废水中重金属离子浓度均低于国家允许的排放浓度。4.研究了条件参数对吸附效果的影响,对比条件实验结果表明纳米Fe304粒子对废水中的重金属离子的提取能力随吸附剂的平均粒径减小(或表面积增大),接触时间延长及溶液温度升高而提高；最佳条件为pH=4.0, S/L=1：4,t=24 h,T50℃。5.通过调整废水酸度(pH值),在室温中采用平均粒径为8 nm的Fe304粒子分别与等量废水相接触,结果表明纳米Fe304粒子对Cu(Ⅱ)的提取能力在所考察的整个pH范围内(pH=1.0-11.0)均大于97%；在pH<4.0时,对Ni(Ⅱ),Cd(Ⅱ)两种重金属离子的提取能力随pH的升高而提高,当pH>4.0时,纳米Fe304粒子对Cr6+的提取能力则随着pH的升高而降低。说明通过调整废水pH值,可以有效实现有毒金属离子的分步提取。研究表明纳米Fe304粒子对重金属离子的提取机理为表面物理吸附而非化学反应。