海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用
【專利摘要】本發(fā)明涉及海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，屬于吸附材料制備和水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將硝酸鎂和硝酸鋁的混合鹽溶液與氫氧化鈉和海藻酸鈉的混合堿懸濁液按照0.05 mol：0.025 mol：0.15 mol：0.0125～0.05 mol的比例逐滴加入到40～80℃加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，控制pH值10左右，攪拌6～24 h，靜置晶化3～12 h，制得海藻酸鈉插層水滑石吸附劑。本發(fā)明通過低飽和共沉淀法直接制備海藻酸鈉插層水滑石吸附劑，制備工藝簡單，條件易控，且吸附容量高，能有效去除水中的重金屬離子，吸附劑制備與吸附過程環(huán)境友好。
【專利說明】
海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，屬于吸附材料制備和水處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著采礦、煉油、冶煉金屬、金屬加工、電池制造、電鍍、制革和化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及生產(chǎn)生活污水超標排放，造成大量的重金屬，如銅、鎘、鉛、汞、鈷等進入到水體中，引起嚴重的水污染。由于重金屬的毒性、穩(wěn)定性、難降解性，各種化學形態(tài)的重金屬進入環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)后就會慢慢存留、積累和迀移，對人體、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重危害。因此，重金屬廢水的綜合治理已成為當前亟需解決的問題之一。
[0003]目前，國內(nèi)外對重金屬廢水的處理方法主要有化學沉淀法、化學氧化法、絮凝法、反滲透法、膜過濾法、電滲析、離子交換法、電化學法、生物化學法、光催化氧化法和吸附法等。大部分方法都存在價格昂貴、效率較低、存在二次污染等缺點，而吸附法以其吸附速率快、效率高、操作簡單、價格低廉、易回收利用等優(yōu)勢得到很大的關(guān)注。
[0004]水滑石是一種層柱狀雙金屬氫氧化物，是一類近年來發(fā)展迅速的陰離子型粘土，其理想結(jié)構(gòu)式為Mg6Al2(0H)i6C03.4H20，是一種天然存在的礦物，結(jié)構(gòu)類于水鎂石(Mg(OH)2)。水滑石層間陰離子的可交換性使其具有一定的吸附性，使得該類物質(zhì)在離子交換與吸附催化等領(lǐng)域顯示出良好的應用前景。利用層間陰離子的可交換性，可以將一些陰離子引入層間，利用其與重金屬的絡(luò)合作用，從而提高吸附效率。如專利CN 103638905 A中，采用離子交換法合成了酒石酸插層的鎂鋁水滑石，能快速吸附水中的銅離子。
[0005]海藻酸鈉是一種天然多糖聚合物，含有大量的自由羥基和羧酸鹽，分子式為C5H7O4COONa13由于其穩(wěn)定性、無毒性、優(yōu)良的成膜性或成球性、選擇性、可降解性、成本廉價等特征，在吸附分離領(lǐng)域引起人們廣泛的研究興趣。
[0006]本專利將海藻酸鈉引入水滑石的層間，制備具有良好重金屬吸附性能的吸附劑。既充分利用了水滑石優(yōu)異的吸附性能，又發(fā)揮了海藻酸鈉的無毒性、良好的吸附能力和優(yōu)良的成型能力。制備海藻酸鈉插層水滑石吸附劑所采用的低飽和共沉淀方法的制備工藝簡單，條件易控，吸附重金屬的容量高，且未見公開的專利和文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡單、吸附效果好的海藻酸鈉插層水滑石的低飽和共沉淀制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種改性水滑石去除水中重金屬離子的方法。
[0008]技術(shù)方案
本發(fā)明的方法是通過低飽和共沉淀法在合成水滑石的過程中同時將海藻酸鈉插層到其中，從而制備成海藻酸鈉插層水滑石，并將其應用于水中重金屬離子的去除。
[0009]海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，其特征在于，包括以下步驟: (1)將硝酸鎂和硝酸鋁溶于蒸餾水中，形成透明溶液；
(2)將氫氧化鈉和海藻酸鈉溶于蒸餾水中，形成懸濁液；
(3)在氮氣保護下，將步驟(I)和步驟(2)的溶液逐滴加入到40?80°(:加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，并控制pH值在10左右，攪拌6?24 h，待反應完全后，在加熱狀態(tài)下靜置晶化3?12 h，取出白色沉淀物，用蒸餾水洗滌至中性，烘干研磨，即得到海藻酸鈉插層水滑石材料。
[0010]上述制備方法合成了以Mg和Al為層板金屬陽離子，以海藻酸鈉為層間陰離子的水滑石材料。氮氣保護是為了防止空氣中的二氧化碳進入水滑石層間形成碳酸根插層的水滑石。pH值的有效控制是避免氫氧化物雜相的生成。pH值過高會造成Al3+及其他離子的溶解，而低的PH值會使反應不完全。反應完成后的動態(tài)和靜態(tài)晶化是為了得到結(jié)晶度良好的材料。
[0011]上述制備方法中，硝酸鎂，硝酸鋁，氫氧化鈉和海藻酸鈉參與海藻酸鈉插層水滑石材料的合成過程，海藻酸鈉進入水滑石層間，其加入量并不影響產(chǎn)物的生成，但是會影響所制備的海藻酸鈉插層水滑石的性能。為了減少原料浪費，同時獲得性能較高的海藻酸鈉插層水滑石，硝酸鎂，硝酸鋁，氫氧化鈉，海藻酸鈉的用量比例優(yōu)選為:0.05 mol: 0.025 mol:
0.15 mol:0.025 mol0
[0012]將制備的海藻酸鈉插層水滑石吸附劑用于水中重金屬離子的去除，步驟如下:
取20 mL濃度為I?2.5mmol/L的重金屬離子溶液于50 mL離心管中，加入0.05 g的海藻酸鈉插層水滑石，室溫下振蕩1.5?4 h，然后進行離心，取上清液檢測重金屬離子濃度，依據(jù)溶液中重金屬離子的初始濃度和吸附后溶液中的重金屬離子剩余濃度，計算重金屬離子的去除率和吸附量。
[0013]上述重金屬離子選自下列之一:Cu2+、Pb2+、Cd2+。
[0014]有益效果:
(1)本發(fā)明通過低飽和共沉淀法即時合成了海藻酸鈉插層水滑石，方法簡單易控，制備成本低；
(2)本發(fā)明在在較小的吸附劑投加量下即可實現(xiàn)重金屬離子的高效去除，去除率均在90%以上；
(3)該方法所制備的海藻酸鈉插層水滑石對水中的重金屬，如銅、鉛、鎘等的吸附效果相較于未加入海藻酸鈉的水滑石大大提高。對(:112+、？132+、0(12+的吸附容量分別可達0.59mmol/g、0.91 mmol/g、0.37 mmol/g0
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明三種實施例的海藻酸鈉插層水滑石吸附劑與海藻酸鈉對比的X射線衍射光譜圖；其中，a_d依次為:海藻酸鈉、海藻酸鈉插層水滑石1、海藻酸鈉插層水滑石2、海藻酸鈉插層水滑石3的X射線衍射光譜圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:一種海藻酸鈉插層的水滑石吸附劑的制備方法
(I)將0.05 mol硝酸鎂和0.025 mol硝酸鋁溶于蒸餾水中，形成透明溶液； (2)將0.15 mol氫氧化鈉和0.025 mol海藻酸鈉溶于蒸饋水中，形成懸池液；
(3 )在氮氣保護下，將步驟(I)和步驟(2)的溶液逐滴加入到60 0C加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，并控制pH值在10左右，攪拌12 h，待反應完全后，在加熱狀態(tài)下靜置晶化6 h，取出白色沉淀物，用蒸餾水洗滌至中性，烘干研磨，即得到海藻酸鈉插層水滑石材料I。
[0017]實施例2:—種海藻酸鈉插層的水滑石吸附劑的制備方法
(1)將0.05mol硝酸鎂和0.025 mol硝酸鋁溶于蒸餾水中，形成透明溶液；
(2)將0.15mol氫氧化鈉和0.05海藻酸鈉溶于蒸餾水中，形成懸濁液；
(3 )在氮氣保護下，將步驟(I)和步驟(2)的溶液逐滴加入到80 0C加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，并控制pH值在10左右，攪拌24 h，待反應完全后，在加熱狀態(tài)下靜置晶化12 h，取出白色沉淀物，用蒸餾水洗滌至中性，烘干研磨，即得到海藻酸鈉插層水滑石材料2。
[0018]實施例3:—種海藻酸鈉插層的水滑石吸附劑的制備方法
(1)將0.05mol硝酸鎂和0.025 mol硝酸鋁溶于蒸餾水中，形成透明溶液；
(2)將0.15mol氫氧化鈉和0.0125 mol海藻酸鈉溶于蒸饋水中，形成懸池液；
(3 )在氮氣保護下，將步驟(I)和步驟(2)的溶液逐滴加入到40 0C加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，并控制pH值在10左右，攪拌6 h，待反應完全后，在加熱狀態(tài)下靜置晶化3 h，取出白色沉淀物，用蒸餾水洗滌至中性，烘干研磨，即得到海藻酸鈉插層水滑石材料3。
[0019]實施例4:重金屬離子Cu2+的去除
取20 mL濃度為1.5 mmol/L的重金屬離子溶液于50 mL離心管中，加入0.05 g的海藻酸鈉插層水滑石，室溫下振蕩2 h，然后進行離心，取上清液檢測重金屬離子濃度，依據(jù)溶液中重金屬離子的初始濃度和吸附后溶液中的重金屬離子剩余濃度，計算重金屬離子的去除率和吸附量，其去除率為97.8%，吸附容量為0.59 mmol/g。
[0020]實施例5:重金屬離子Pb2+的去除
取20 mL濃度為2.5 mmol/L的重金屬離子溶液于50 mL離心管中，加入0.05 g的海藻酸鈉插層水滑石，室溫下振蕩4 h，然后進行離心，取上清液檢測重金屬離子濃度，依據(jù)溶液中重金屬離子的初始濃度和吸附后溶液中的重金屬離子剩余濃度，計算重金屬離子的去除率和吸附量，其去除率為90.6%，吸附容量為0.91 mmol/g。
[0021]實施例6:重金屬離子Cd2+的去除
取20 mL濃度為I mmol/L的重金屬離子溶液于50 mL離心管中，加入0.05 g的海藻酸鈉插層水滑石，室溫下振蕩1.5 h，然后進行離心，取上清液檢測重金屬離子濃度，依據(jù)溶液中重金屬離子的初始濃度和吸附后溶液中的重金屬離子剩余濃度，計算重金屬離子的去除率和吸附量，其去除率為93.4%，吸附容量為0.37 mmol/g。
【主權(quán)項】
1.海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，其特征在于，包括以下步驟: (1)將硝酸鎂和硝酸鋁溶于蒸餾水中，形成透明溶液； (2)將氫氧化鈉和海藻酸鈉溶于蒸餾水中，形成懸濁液； (3)在氮氣保護下，將步驟(I)和步驟(2)的溶液逐滴加入到40?80°(:加熱的裝有蒸餾水的燒瓶中，并控制pH值在10左右，攪拌6?24 h，待反應完全后，在加熱狀態(tài)下靜置晶化3?12 h，取出白色沉淀物，用蒸餾水洗滌至中性，烘干研磨，即得到海藻酸鈉插層水滑石材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，其特征在于，硝酸鎂，硝酸鋁，氫氧化鈉，海藻酸鈉的用量比例為:0.05 mol:0.025 mol:0.15 mol:0.0125?0.05 molο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，其特征在于，用于水中重金屬離子的去除，步驟如下: 取20 mL濃度為I?2.5mmol/L的重金屬離子溶液于50 mL離心管中，加入0.05 g的海藻酸鈉插層水滑石，室溫下振蕩1.5?4 h，然后進行離心，取上清液檢測重金屬離子濃度，依據(jù)溶液中重金屬離子的初始濃度和吸附后溶液中的重金屬離子剩余濃度，計算重金屬離子的去除率和吸附量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海藻酸鈉插層水滑石吸附劑的制備及應用，其特征在于，所述重金屬離子選自下列之一:Cu2+、Pb2+、Cd2+。
【文檔編號】B01J20/22GK105854811SQ201610200163
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】閆良國, 單然然, 于海琴, 閆濤, 杜斌
【申請人】濟南大學