一種干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于吸附劑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在地下水的污染已經(jīng)成為重大的環(huán)境污染問(wèn)題危害著居民的生活，主要是由于重金屬離子和有機(jī)染料等污染源引起的，工業(yè)廢水中經(jīng)常含有重金屬離子=Cr(VI)，Pd(II)，Hg(II)等，不加以處理的話這些高度有毒的金屬離子就會(huì)流入河流造成水污染。水處理凈化已經(jīng)收到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和急需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的水處理方法就是生物法，凝聚法，滲透作用，蒸餾，吸附過(guò)濾，吸附物質(zhì)主要是離子交換樹(shù)脂，活性氧化鋁，氧化鐵等。其中吸附過(guò)濾是最方便的方法，吸附是一個(gè)平衡過(guò)程，相比較其他的水凈化方法吸附法具有較低的成本靈便的操作，對(duì)有毒污染物不敏感，吸附過(guò)程中不會(huì)形成新的污染物等。研宄一種新的過(guò)濾材料，較低的成本時(shí)具有較高的離子交換能力高效選擇強(qiáng)的去除水里的污染物，是一種期望的路徑。多級(jí)結(jié)構(gòu)的金屬氧化物(氫氧化物)在吸附方面具有重要的作用，首先，結(jié)構(gòu)大小在微米左右可以有較好的機(jī)械性能。再者，具有較高的比表面積從而提供較快的吸附速率和吸附容量。其次，有利于質(zhì)子的傳輸，并且材料本身的轉(zhuǎn)移也是簡(jiǎn)單操作的。
[0003]水滑石是一種雙金屬?gòu)?fù)合氫氧化物材料，具有層狀結(jié)構(gòu)、層間離子的可交換性以及層板元素的可調(diào)變性，在水處理方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。一般水滑石的制備方法為共沉淀法，得到六方片狀的水滑石粉體。相比較傳統(tǒng)的水滑石粉體，多級(jí)結(jié)構(gòu)水滑石有更好的吸附能力，這主要是由于水滑石粉體的堆積聚集，而組裝的多級(jí)水滑石避免了此問(wèn)題并提供較大的比表面積和豐富的傳輸通道，具有更多的吸附位。目前水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)的主要制備方法是模板法，采用具有剛性結(jié)構(gòu)的小球等硬模板或者表面活性劑等軟模板，采用模板的剛性結(jié)構(gòu)或者活性劑表面力的誘導(dǎo)組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)，但是此方法操作繁瑣，對(duì)于水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)形貌的控制和設(shè)計(jì)都不容易達(dá)到，并且需要后續(xù)的模板劑的處理，一般通過(guò)高溫煅燒或者溶解溶劑的方式去除模板，此過(guò)程容易破壞水滑石的形貌結(jié)構(gòu)造成不完整性，產(chǎn)生的大量廢水和氣體都對(duì)環(huán)境造成污染，因此探索一種簡(jiǎn)便環(huán)境友好的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)制備方法從而提高吸附性能具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型的簡(jiǎn)便的環(huán)境友好的干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法。該方法通過(guò)對(duì)鋁前體的活化作為一個(gè)逐漸被消耗的模板，利用干膠轉(zhuǎn)化法誘導(dǎo)組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)，制備得到的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)具有較大的尺寸、較高的比表面積和孔徑分布廣泛的較豐富的孔道結(jié)構(gòu)，獲得了較高的吸附容量。
[0005]本發(fā)明所述的干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法，其具體操作步驟如下:
[0006]I)將5-20g三價(jià)金屬化合物加入15-60mL去離子水中超聲分散，室溫劇烈攪拌條件下，不斷滴加濃度為10-25wt %的氨水至pH = 3-10得到膠體，然后移到表面皿內(nèi)，置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥12-24h，得到無(wú)定型的三價(jià)金屬前體；
[0007]2)將二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬前體按二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子摩爾比為1-4混合研磨均勻，取0.2-4.0g移至無(wú)蓋稱量瓶中，懸掛于反應(yīng)釜中部空間；將0.l-2mL溶劑添加到反應(yīng)釜底部，與稱量瓶中的固體分離；然后向反應(yīng)釜內(nèi)加入固體堿或液體堿，加入的固體堿或液體堿的量與總的金屬離子的摩爾比為1-5，固體堿加入稱量瓶中，液體堿加入反應(yīng)釜底部；密封反應(yīng)釜，80°C -150°C下反應(yīng)4-48h ;反應(yīng)完成后冷卻至室溫，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至PH不大于8，再將所得到的沉淀于60-90°C干燥8-48h，即得到組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料。
[0008]所述的三價(jià)金屬化合物為硝酸鋁、仲丁醇鋁、異丙醇鋁、氯化鐵、氫氧化鐵中的一種或幾種。
[0009]所述的二價(jià)金屬鹽為硫酸鎂、硝酸鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鎂、硫酸鎳中的一種或幾種。
[0010]所述的溶劑為去離子水、乙醇、乙二醇中的一種或幾種。
[0011]所述的固體堿為氫氧化鈉、六亞甲基四胺、乙二胺、尿素中的一種或幾種。
[0012]所述的液體堿為10_25界七％的氨水。
[0013]有益效果:本發(fā)明首先通過(guò)將固體原料混合與液體分開(kāi)，利用蒸汽和固體接觸反應(yīng)制備得到了水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)，水滑石相互有序排列層層堆疊，具有較大的比表面積，提供了較多的吸附位，形成了豐富的孔道，孔徑大小在幾納米到幾百納米之間，有利于粒子特別是大分子的擴(kuò)散傳輸，具有較高的水處理性能(較高的有機(jī)染料和重金屬離子的吸附能力)。該方法沒(méi)有使用任何模板劑，經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)便，環(huán)境友好，并且避免了模板去除過(guò)程中對(duì)于材料結(jié)構(gòu)的破壞，得到的多級(jí)結(jié)構(gòu)更有利于水滑石的吸附性能，并有望于提高水滑石在其他領(lǐng)域(電化學(xué)、催化等)的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是實(shí)施例1反應(yīng)過(guò)程中所得無(wú)定型鋁前體的SEM圖。
[0015]圖2是實(shí)施例1制備的組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的SEM圖。
[0016]圖3是組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料對(duì)于重金屬離子Cr(IV)的吸附圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0017]實(shí)施例1:
[0018]稱取1g的Al (NO3)3.9H20加入30mL去離子水超聲分散，室溫條件下劇烈攪拌，不斷滴加25% (wt)的濃氨水，至pH ~ 5，得到氫氧化鋁膠體，移至表面皿中，置于冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥24h，得到白色的無(wú)定型的氫氧化鋁粉末前體；稱取得到的氫氧化鋁粉末前體0.1g,0.59418g無(wú)水MgSO4，研磨均勾，置于25ml的無(wú)蓋稱量瓶中，懸掛于反應(yīng)藎中心，在藎底加入0.6ml水，1.2ml濃度為25wt%氨水；迅速密封反應(yīng)藎，于120°C反應(yīng)24h ;冷卻至室溫，用去離子水洗滌沉淀至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌一次于60°C烘箱中干燥24h得到組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]稱取實(shí)施例1中得到的氫氧化鋁粉末前體0.2g，0.46997g氯化鎂，1.78254g尿素，研磨均勻，置于25ml的稱量瓶中，懸掛于反應(yīng)釜中心，在釜底加入0.8ml水，迅速密封于150°C反應(yīng)48h。冷卻至室溫，用去離子水洗滌沉淀至中性，再用無(wú)水乙醇洗滌一次于70°C烘箱中干燥24得到組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料。
[0021]應(yīng)用實(shí)施例:
[0022]將實(shí)施例1中制備得到的組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料吸附污水中的重金屬離子和有機(jī)染料，將組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料加入到重鉻酸鉀或者亞甲基藍(lán)的溶液中，室溫下不斷攪拌，測(cè)得不同時(shí)刻的污染物的殘余量及最后組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的吸附量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法，其特征在于，其具體操作步驟如下: 1)將5-20g三價(jià)金屬化合物加入15-60mL去離子水中超聲分散，室溫劇烈攪拌條件下，不斷滴加濃度為10-25被％的氨水至pH = 3-10得到膠體，然后移到表面皿內(nèi)，置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥12-24h，得到無(wú)定型的三價(jià)金屬前體； 2)將二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬前體按二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子摩爾比為1-4混合研磨均勻，取0.2-4.0g移至無(wú)蓋稱量瓶中，懸掛于反應(yīng)釜中部空間；將0.l_2mL溶劑添加到反應(yīng)藎底部，與稱量瓶中的固體分尚；然后向反應(yīng)藎內(nèi)加入固體堿或液體堿，加入的固體堿或液體堿的量與總的金屬離子的摩爾比為1-5，固體堿加入稱量瓶中，液體堿加入反應(yīng)釜底部；密封反應(yīng)釜，80°C _150°C下反應(yīng)4-48h ;反應(yīng)完成后冷卻至室溫，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至PH不大于8，再將所得到的沉淀于60-90°C干燥8-48h，即得到組裝的水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的三價(jià)金屬化合物為硝酸鋁、仲丁醇鋁、異丙醇鋁、氯化鐵、氫氧化鐵中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二價(jià)金屬鹽為硫酸鎂、硝酸鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鎂、硫酸鎳中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的溶劑為去離子水、乙醇、乙二醇中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固體堿為氫氧化鈉、六亞甲基四胺、乙二胺、尿素中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的液體堿為10-25被％的氨水。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種干膠轉(zhuǎn)化組裝水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)吸附劑材料的方法。該方法首先通過(guò)將固體原料混合與液體分開(kāi)，利用蒸汽和固體接觸反應(yīng)制備得到了水滑石多級(jí)結(jié)構(gòu)，水滑石相互有序排列層層堆疊，具有較大的比表面積，提供了較多的吸附位，形成了豐富的孔道，孔徑大小在幾納米到幾百納米之間，有利于粒子特別是大分子的擴(kuò)散傳輸，具有較高的水處理性能(較高的有機(jī)染料和重金屬離子的吸附能力)。該方法沒(méi)有使用任何模板劑，經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)便，環(huán)境友好，并且避免了模板去除過(guò)程中對(duì)于材料結(jié)構(gòu)的破壞，得到的多級(jí)結(jié)構(gòu)更有利于水滑石的吸附性能，并有望于提高水滑石在其他領(lǐng)域(電化學(xué)、催化等)的應(yīng)用。
【IPC分類】C02F1-28, C02F1-62, B01J20-08, B01J20-30
【公開(kāi)號(hào)】CN104801263
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510213482
【發(fā)明人】張法智, 張 榮, 韓靜靜, 張悅
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日