專利名稱：一種用于吸附水中砷的復合吸附材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種吸附材料及其制備方法，具體地說是一種用于吸附水中砷的復合吸附材料及其制備方法。
背景技術：
砷在自然界豐富存在，砷的化合物是一種具有類金屬特性的原生質毒物，具有廣泛的生物效應，然而砷是一種慢性致癌物質，對人具有嚴重的危害性。由于傳統(tǒng)采用的單一材料吸附砷往往效率低，且處理時受其他離子干擾較大，所以有很多研究者致力于開發(fā)復合材料來除去水中的砷。復合材料利用兩種或兩種以上材料按照一定比例共同混合制成，通常比單一吸附材料的適合范圍廣，吸附性能好，且受其他離子干擾小。并且處理后的飲用水砷指標符合國家標準，因此復合材料吸附飲用水中砷有廣闊的實用前景。'現(xiàn)有技術中的復合吸附材料主要有活性炭和沸石材料吸附砷酸鹽達60%，是以活性炭、活性氧化鋁、大孔樹脂為載體，以鐵鹽等為活化試劑，砷酸鹽0. 254mg/L最終除砷達2.56mg/g。Fe-Ce合成金屬氧化物砷從60-100ug / L降到IOug / L。以上吸附材料雖然吸附效果良好，但因含鐵離子，易導致水的二次污染，且從溶液中分離困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種用于吸附水中砷的復合吸附材料及其制備方法，所要解決的技術問題是提高吸附材料對砷的吸附率且不會導致水源的二次污染。本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案本發(fā)明用于吸附水中砷的復合吸附材料，是由氧化石墨和納米氧化鐵按照I :1-2 3的質量比插層復合后得到的復合吸附材料。所述納米氧化鐵預先經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面改性處理后的效果更好，其中十二烷基苯磺酸鈉和納米氧化鐵的質量比為1-3 :5。本發(fā)明用于吸附水中砷的復合吸附材料的制備方法，包括氧化石墨的制備、納米氧化鐵的制備以及復合吸附材料的制備各單元過程所述氧化石墨的制備是采用Hummers方法制備氧化石墨(傅玲，劉洪波，鄒艷紅，李波,Hmnmers法制備氧化石墨時影響氧化程度的工藝因素研究,炭素,2005年第04期總第125 期 11—14)；所述納米氧化鐵的制備是以氯酸鈉為氧化劑氧化綠礬制備納米氧化鐵(羅文中，毛銘華，鐵黃制備過程的物理化學研究[J]，化工冶金，1990 ；11 (I) ；27-32)；所述復合吸附材料的制備是將氧化石墨和納米氧化鐵按照I :1-2 3的質量比混合并研磨后加水超聲分散形成溶膠，加水量為氧化石墨質量的2-4倍，用鹽酸調(diào)pH值3-4，于20-30°C攪拌反應5-7小時，過濾并干燥后得到插層復合吸附材料，干燥溫度一般不高于60。。。所述納米氧化鐵預先經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面改性處理是以去離子水為分散介、質，十二烷基苯磺酸鈉和納米氧化鐵的質量比為1-3 :5，表面改性的溫度70-90°C，反應時間1-3小時。將本發(fā)明制備的復合吸附材料0.2g置于pH值2. 8-6.0的IOOmL含As (V)溶液中，室溫下靜置8天，采用氫化物原子吸收光譜測定溶液中的砷含量。與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明復合吸附材料與活性炭和羥基氧化鐵相比具有更高的吸附率，吸附效果好，低濃度下(砷含量20ppm)除砷達6. 5mg/g，且不含鐵離子，不會造成水的二次污染。2、本發(fā)明復合吸附材料具有較好的化學穩(wěn)定性。納米氧化鐵表面帶有不平衡電位，與氧化石墨交聯(lián)物和砷鹽形成的復合物具有很強的機械強度，化學穩(wěn)定性很好；加上復合材料巨大的表面積和較強的吸附力，對許多物質都有一定的吸附作用，砷離子通過被吸附、包裹或絡合等作用沉積到膜層；利用此特點可達到去除水體中砷的目的。3、本發(fā)明復合吸附材料的原料易得且價格低廉。
四

圖I是本發(fā)明復合吸附材料的紅外光譜圖以及和復合前的對比，其中圖1(a)為納米氧化鐵，圖I (b)為石墨和氧化石墨，圖I (c)為本發(fā)明復合吸附材料。由圖I (c)可以看出，3700CHT1左右強而寬的吸收峰是-OH的伸縮振動吸收峰，與復合前比較(圖I (b))，振 動峰向低頻遷移，峰形變寬，且吸收強度降低，表明復合后氧化石墨片層表面大量的羥基基團與透明氧化鐵發(fā)生了締合，形成分子間氫鍵，預示兩者間具有較好的界面接觸。3000CHT1處的雙峰為脂肪族-CH的不對稱伸縮振動吸收峰。1631CHT1處的吸收峰為苯環(huán)骨架特有的C=C伸縮振動吸收峰，其吸收強度低，原因可能是氧化石墨表明未被氧化的芳香環(huán)區(qū)域與透明氧化鐵形成共軛，抑制苯環(huán)的伸縮振動，從而導致吸收強度降低。1546cm—1處的吸收峰是-CH2-基團中-CH-鍵的變形振動特征吸收峰，1117cm—1處因為環(huán)氧基的C-O伸縮振動吸收峰，600CHT1處量兩吸收峰歸于a -Fe2O3 Y -Fe2O3伸縮振動吸收峰。由以上分析可知，氧化石墨與透明氧化鐵之間形成了化學鍵合力，具有良好的界面相容性，從而使氧化石墨與透明氧化鐵很好復合。圖2是本發(fā)明復合吸附材料的XRD譜圖。從圖2中可以看出納米氧化鐵與氧化石墨復合的很好。圖3是本發(fā)明復合吸附材料的熱重曲線以及和復合前的對比，其中圖3 (a)為納米氧化鐵，圖3 (b)為氧化石墨，圖3 (c)為本發(fā)明復合吸附材料。從圖3中可以看出，本發(fā)明復合吸附材料在150°C左右開始失重，是氧化石墨中自由水的脫除；200°C左右的失重主要是納米氧化鐵變?yōu)閍 -氧化鐵；500°C左右的失重主要是a -氧化鐵變?yōu)楦€(wěn)定的Y -氧化鐵，但隨著溫度升高與純氧化石墨相比或者純納米氧化鐵相比，復合材料的熱失重出現(xiàn)滯后性，并且700°C的殘存率比氧化石墨或者納米氧化鐵殘余率高。由此可知，氧化石墨與透明氧化鐵的復合材料穩(wěn)定性很好，納米氧化鐵在氧化石墨中形成了穩(wěn)定的分散并具有良好的界面相容性，氧化石墨在高溫阻止透明氧化鐵的易揮發(fā)組分的釋放，造成重量損失的滯后性。同時重量應是兩者的重量和。圖4是本發(fā)明復合吸附材料的透射電鏡照片。其中(a)是氧化石墨的透射電鏡圖，(b)是納米氧化鐵的透射電鏡圖，(C)是復合吸附材料的透射電鏡圖。從透射電鏡圖和紅外以及熱重分析圖可以得出復合物材料結合很好。本發(fā)明復合吸附材料具有疏松結構和較大的表面積。
五具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步分析說明。I、氧化石墨的制備向干燥的燒杯中加入50mL質量濃度98%的濃硫酸，在冰浴條件下攪拌加入2g石墨粉、Ig硝酸鈉和3g高錳酸鉀，控制溫度不高于10°C，反應4h，然后升溫至30-40°C攪拌反應30min，隨后繼續(xù)升溫至90-100°C攪拌反應30min，在反應期間加入去離子水將反應液稀釋至IOOOmL后加入質量濃度30%的雙氧水10mL，趁熱過濾，用體積比1:10 (鹽酸水)的稀鹽酸洗滌濾餅3次，再用去離子水洗滌至濾液中無S042+(BaCl2檢測)，將洗滌后的濾餅于50°C干燥48小時，研磨后密封保存。 2、納米氧化鐵的制備a、高鐵的制備向三口燒瓶中加入IOgFeSO4 7H20、水和5mL質量濃度98%的硫酸溶液，隨后再加A IOmLH2O2，攪拌升溫至35°C，反應液的顏色由綠色變?yōu)榛揖G色再變?yōu)榛尹S色最后變?yōu)辄S紅色，然后升高溫度至90°C，保溫反應2小時使過量的H2O2分解得到高鐵溶液。b、膠體鐵的制備取步驟a制備的高鐵溶液50mL，加水稀釋，升溫至40°C攪拌加入NaOH溶液調(diào)pH值為7，形成黃紅色膠體溶液，過濾除雜得到膠體鐵溶液。C、納米氧化鐵的制備將步驟a制備的高鐵溶液50mL和步驟b制備的膠體鐵溶液30mL混合，攪拌下加水混合均勻，然后升溫至85°C，加入Ig鐵粉，將pH值調(diào)至4. 3后保溫反應3小時，反應液變?yōu)辄S褐色，靜置分層后除去上層清液。d、納米氧化鐵的表面處理向5g納米氧化鐵中加入去離子水，攪拌下加入2g十二烷基苯磺酸鈉，80°C反應2小時，反應結束后經(jīng)過濾、洗滌、干燥和研磨后得到表面處理的納米氧化鐵。3、復合吸附材料的制備將表面處理的納米氧化鐵和氧化石墨混合并研磨后加水(質量比氧化石墨水=1 3)超聲分散形成溶膠，納米氧化鐵的質量分別按照納米氧化鐵和氧化石墨總質量的0%、10%、30%、55%、60%和100%設置對比試驗，鹽酸調(diào)pH值3_4，于25°C攪拌反應6小時，過濾并于50°C干燥后得到插層復合吸附材料。4、砷的吸附性測試將本發(fā)明制備的復合吸附材料0.2g置于IOOmLpH值3.0的含As (V)溶液中，室溫下靜置8天，采用氫化物原子吸收光譜測定溶液中的砷含量。表I納米氧化鐵含量對砷吸附率的影響
__納米氧化鐵/% c(As)/ppm 吸附率/ (mg/g)
—組 10— 200
—組2 I 10I 20I 權利要求
1.一種用于吸附水中砷的復合吸附材料，其特征在于是由氧化石墨和納米氧化鐵按照I :1-2 3的質量比插層復合后得到的復合吸附材料。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于吸附水中砷的復合吸附材料，其特征在于所述納米氧化鐵預先經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面改性處理，其中十二烷基苯磺酸鈉和納米氧化鐵的質量比為1-3 :5。
3.一種權利要求I或2所述的用于吸附水中砷的復合吸附材料的制備方法，包括氧化石墨的制備、納米氧化鐵的制備以及復合吸附材料的制備各單元過程，其特征在于 所述復合吸附材料的制備是將氧化石墨和納米氧化鐵按照I :1-2 3的質量比混合并研磨后加水超聲分散形成溶膠，用鹽酸調(diào)pH值3-4，于20-30°C攪拌反應5-7小時，過濾并干燥后得到插層復合吸附材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述納米氧化鐵預先經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面改性處理，表面改性的溫度70-90°C，反應時間1-3小時。
5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于加水量為氧化石墨質量的2-4倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于吸附水中砷的復合吸附材料及其制備方法，其中用于吸附水中砷的復合吸附材料是由氧化石墨和納米氧化鐵按照11-23的質量比插層復合后得到的復合吸附材料，所述納米氧化鐵預先經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面改性處理，其中十二烷基苯磺酸鈉和納米氧化鐵的質量比為1-35；其制備方法是將氧化石墨和納米氧化鐵按照11-23的質量比混合并研磨后加水超聲分散形成溶膠，用鹽酸調(diào)pH值3-4，于20-30℃攪拌反應5-7小時，過濾并干燥后得到插層復合吸附材料。本發(fā)明復合吸附材料與活性炭和羥基氧化鐵相比具有更高的吸附率，吸附效果好，低濃度下除砷達6.5mg/g，且不含鐵離子，不會造成水的二次污染。
文檔編號C02F1/58GK102755877SQ201210271439
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者史鐵鈞, 黃曉梅 申請人:合肥工業(yè)大學