申請(qǐng)日2014.02.27
公開(公告)日2014.05.07
IPC分類號(hào)B01J20/08; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本發(fā)明涉及一種錳鐵型水滑石焙燒物的制備方法及其用于砷污染廢水吸附的用途。本發(fā)明提出的合成錳鐵型水滑石焙燒物的方法，是以氯化錳和氯化亞鐵為原料，經(jīng)過共沉淀、晶化、離心、過濾、洗滌、干燥、研磨、焙燒等步驟得到所需產(chǎn)物。用該錳鐵型水滑石焙燒物吸附處理含砷廢水，吸附容量達(dá)到6.8mg/g，表現(xiàn)出了優(yōu)良的吸附性能。同時(shí)，能夠在短時(shí)間2小時(shí)內(nèi)達(dá)到飽和吸附量的95%，大大降低了砷廢水處理的時(shí)間成本。吸附后的材料可以通過離心的方法與水體進(jìn)行分離、回收，減小了二次污染。
權(quán)利要求書
1.一種錳鐵型水滑石焙燒物的制備方法，其特征在于所制備的方法按照下列步驟進(jìn)行：
(1)0.2～0.3mol的MgCl2·4H2O和0.07～0.08mol的FeCl2·4H2O溶解在250mL的2%的鹽酸中，控制 MgCl2·4H2O和FeCl2·4H2O的摩爾比為2.5～3∶1。
(2)向步驟(1)得到的混合溶液中加入氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液(摩爾比2～2.5∶1)，控制整個(gè)溶液 pH值在8～10之間。
(3)待步驟(2)滴加完畢，向混合溶液中小心地加入3～5mL雙氧水�；旌先芤涸�60～80℃下攪拌36～ 48h。
(4)將步驟(3)反應(yīng)液離心、過濾、洗滌、干燥、研磨，得到錳鐵型水滑石(Mn-Fe LDH)。
(5)將步驟(4)得到的產(chǎn)物Mn-Fe LDH在300～350℃的馬弗爐中煅燒2～3h，得到焙燒態(tài)的產(chǎn)品Mn-Fe LDO。
2.如權(quán)利要求1所述的錳鐵型水滑石焙燒物的制備方法，其特征在于：步驟(2)中用氫氧化鈉和碳酸鈉 控制pH值在8～10之間。
3.如權(quán)利要求1所述的錳鐵型水滑石焙燒物的制備方法，其特征在于：步驟(3)中用3～5mL雙氧水進(jìn) 行氧化。
4.如權(quán)利要求1所述的錳鐵型水滑石焙燒物的制備方法，其特征在于：步驟(5)中Mn-Fe LDH煅燒溫 度為300～350℃，煅燒時(shí)間為2～3h。
說明書
一種錳鐵型水滑石焙燒物的制備及其在砷污染廢水吸附中的應(yīng)用
(一)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種錳鐵型水滑石焙燒物的制備及其在砷污染廢水吸附中的應(yīng)用。
(二)背景技術(shù)
砷是一種劇毒元素，含砷化合物一旦進(jìn)入體內(nèi)，不管是通過食物還是呼吸道或皮膚等其他方式，會(huì)嚴(yán) 重干擾人體細(xì)胞新陳代謝、酶活性，擾亂甚至損壞神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)，會(huì)直接影響人的正常生活，甚至 給人體帶來嚴(yán)重的疾病。研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水中砷濃度達(dá)到0.6～2.0mg/L時(shí)，人體長(zhǎng)期飲用該污染水質(zhì)， 會(huì)導(dǎo)致各種官能疾病，如皮膚角化、沉著色素、支氣管疾病等，更有可能誘發(fā)肺癌和皮膚癌。
目前，砷污染廢水的控制方法主要有生物法(生物轉(zhuǎn)化法除、植物修復(fù)法)、物理法(吸附法、過濾 法和離子交換法)、化學(xué)法(鹽類沉淀法、硫化物沉淀法和混凝法)。雖這些方法也能獲得較滿意的效果， 但生物法作用周期較長(zhǎng)，不適用于污染水面積較大的水域或突發(fā)環(huán)境事件的應(yīng)急治理;大多數(shù)物理法作用 時(shí)間太長(zhǎng)，且同樣也存在著處理費(fèi)用高的問題：化學(xué)法雖然簡(jiǎn)便易行，但該方法易形成含砷廢渣，造成二 次污染。為了改善水質(zhì)，防止砷污染水質(zhì)，危害人體健康，必須要對(duì)污染水體除砷劑和除砷技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新 和探索。
水滑石(Layered Double Hydroxides，簡(jiǎn)稱LDH)，具有層狀結(jié)構(gòu)的雙金屬氫氧化物，LDH的表達(dá)通 式是[M2+1-xM3+x(OH)6]x+[(An-)x/n·mH2O]x-，x是M3+和M2++M3+的摩爾比，值大概在0.20到0.33之間，M2+和M3+分別是二價(jià)(Ca，Mg，Co，F(xiàn)e，Cu，Ni，Mn)和三價(jià)(Al，F(xiàn)e，Cr)金屬陽離子，A是填充在夾層間 的帶化合價(jià)為n的陰離子。正是因?yàn)長(zhǎng)DH的特殊的層狀結(jié)構(gòu)，使其具有巨大的表面能和良好的陰陽離子交 換性能，該材料己在離子交換吸附有害陰離子方面得到了廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)催化、生物制藥、納米復(fù)合 材料以及環(huán)境治理等方面的報(bào)道也日益增多。焙燒態(tài)的LDH(Layered Double Oxides，簡(jiǎn)稱LDO)能夠獲 取水溶液中的水分子和陰離子來恢復(fù)重建LDH的晶體結(jié)構(gòu)，所以吸附能力和對(duì)污染物的吸附穩(wěn)定性比 LDH更高。LDO在水環(huán)境污染治理中表現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
(三)發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)在技術(shù)中其他砷污水處理技術(shù)成本高，周期長(zhǎng)，存在二次污染等不足，本發(fā)明提供了一種錳 鐵型水滑石焙燒物的制備方法，及其用于吸附處理砷污染廢水中。
錳鐵型水滑石的通式是[Mn2+1-xFe3+x(OH)6]x+[(An-)x/n·mH2O]x-，x為Mn：Fe的摩爾比，通常在2.5～3， m為帶結(jié)晶水?dāng)?shù)目。在該錳鐵型水滑石中，x最佳為3。Mn-Fe LDH在一定溫度下焙燒得到LDO，有著比 LDH更優(yōu)良的對(duì)水體中陰離子的吸附性能，適合于污水中砷的吸附。
錳鐵型水滑石焙燒物的制備步驟如下：
(1)0.2～0.3mol的MgCl2·4H2O和0.07～0.08mol的FeCl2.4H2O溶解在250mL的2%的鹽酸中，控 制MgCl2·4H2O和FeCl2.4H2O的摩爾比為2.5～3∶1。
(2)向步驟(1)得到的混合溶液中加入氫氧化鈉和碳酸鈉(摩爾比2∶1)混合溶液，控制整個(gè)溶液 pH值在8～10之間。
(3)待步驟(2)滴加完畢，向混合溶液中小心地加入3～5mL雙氧水�；旌先芤涸�60～80℃下攪拌 36～48h。
(4)將步驟(3)反應(yīng)液離心、過濾、洗滌、干燥、研磨，得到錳鐵型水滑石(Mn-Fe LDH)。
(5)將步驟(4)得到的產(chǎn)物Mn-Fe LDH在300～350℃的馬弗爐中煅燒2～3h，得到焙燒態(tài)的產(chǎn)品 Mn-Fe LDO。
向含砷廢水中加入適量的Mn-Fe LDO，振蕩攪拌一段時(shí)間后，離心分離，取上清液測(cè)量溶液中砷的濃 度。
砷的濃度采用原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定。
Mn-Fe LDO對(duì)廢水中砷的吸附率的計(jì)算公式如下：
R(%)=(C0-Ct)/C0×100
其中R為吸附率，C0為廢水中砷的初始濃度，Ct為取樣時(shí)候的濃度，單位為mg/L。
用Mn-Fe LDO處理含砷廢水，吸附容量達(dá)到6.8mg/g，表現(xiàn)出了優(yōu)良的吸附性能。同時(shí)，能夠在短時(shí) 間內(nèi)2h內(nèi)達(dá)到飽和吸附容量的90%達(dá)到吸附平衡，大大降低了處理的時(shí)間成本。吸附pH值在5-9之間最 佳，使得吸附后溶液的酸堿性適中。吸附后的Mn-Fe LDO可以通過離心分離的方法與水體進(jìn)行分離、回 收，有利于環(huán)境保護(hù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)廢水中砷的吸附效果好，同時(shí)工藝流程簡(jiǎn)單，廢水處理費(fèi)用低，且吸附后材料容易 回收，不造成二次污染。
