一種干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于吸附劑材料制備技術領域，特別涉及一種干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法。
【背景技術】
[0002]現在地下水的污染已經成為重大的環境污染問題危害著居民的生活，主要是由于重金屬離子和有機染料等污染源引起的，工業廢水中經常含有重金屬離子=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流入河流造成水污染。水處理凈化已經收到人們越來越多的關注和急需解決的問題。傳統的水處理方法就是生物法，凝聚法，滲透作用，蒸餾，吸附過濾，吸附物質主要是離子交換樹脂，活性氧化鋁，氧化鐵等。其中吸附過濾是最方便的方法，吸附是一個平衡過程，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，對有毒污染物不敏感，吸附過程中不會形成新的污染物等。研宄一種新的過濾材料，較低的成本時具有較高的離子交換能力高效選擇強的去除水里的污染物，是一種期望的路徑。多級結構的金屬氧化物(氫氧化物)在吸附方面具有重要的作用，首先，結構大小在微米左右可以有較好的機械性能。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，有利于質子的傳輸，并且材料本身的轉移也是簡單操作的。
[0003]水滑石是一種雙金屬復合氫氧化物材料，具有層狀結構、層間離子的可交換性以及層板元素的可調變性，在水處理方面已經得到廣泛的應用。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。相比較傳統的水滑石粉體，多級結構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，而組裝的多級水滑石避免了此問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。目前水滑石多級結構的主要制備方法是模板法，采用具有剛性結構的小球等硬模板或者表面活性劑等軟模板，采用模板的剛性結構或者活性劑表面力的誘導組裝水滑石多級結構，但是此方法操作繁瑣，對于水滑石多級結構形貌的控制和設計都不容易達到，并且需要后續的模板劑的處理，一般通過高溫煅燒或者溶解溶劑的方式去除模板，此過程容易破壞水滑石的形貌結構造成不完整性，產生的大量廢水和氣體都對環境造成污染，因此探索一種簡便環境友好的水滑石多級結構制備方法從而提高吸附性能具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種新型的簡便的環境友好的干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法。該方法通過對鋁前體的活化作為一個逐漸被消耗的模板，利用干膠轉化法誘導組裝水滑石多級結構，制備得到的水滑石多級結構具有較大的尺寸、較高的比表面積和孔徑分布廣泛的較豐富的孔道結構，獲得了較高的吸附容量。
[0005]本發明所述的干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法，其具體操作步驟如下:
[0006]I)將5-20g三價金屬化合物加入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，置于冷凍干燥機中冷凍干燥12-24h，得到無定型的三價金屬前體；
[0007]2)將二價金屬鹽和三價金屬前體按二價金屬離子和三價金屬離子摩爾比為1-4混合研磨均勻，取0.2-4.0g移至無蓋稱量瓶中，懸掛于反應釜中部空間；將0.l-2mL溶劑添加到反應釜底部，與稱量瓶中的固體分離；然后向反應釜內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，液體堿加入反應釜底部；密封反應釜，80°C -150°C下反應4-48h ;反應完成后冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇洗滌至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結構吸附劑材料。
[0008]所述的三價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:本發明首先通過將固體原料混合與液體分開，利用蒸汽和固體接觸反應制備得到了水滑石多級結構，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散傳輸，具有較高的水處理性能(較高的有機染料和重金屬離子的吸附能力)。該方法沒有使用任何模板劑，經濟，簡便，環境友好，并且避免了模板去除過程中對于材料結構的破壞，得到的多級結構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域(電化學、催化等)的應用。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施例1反應過程中所得無定型鋁前體的SEM圖。
[0015]圖2是實施例1制備的組裝的水滑石多級結構吸附劑材料的SEM圖。
[0016]圖3是組裝的水滑石多級結構吸附劑材料對于重金屬離子Cr(IV)的吸附圖。
【具體實施方式】
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[0017]實施例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，置于冷凍干燥機中，冷凍干燥24h，得到白色的無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無水MgSO4，研磨均勾，置于25ml的無蓋稱量瓶中，懸掛于反應藎中心，在藎底加入0.6ml水，1.2ml濃度為25wt%氨水；迅速密封反應藎，于120°C反應24h ;冷卻至室溫，用去離子水洗滌沉淀至中性，再用無水乙醇洗滌一次于60°C烘箱中干燥24h得到組裝的水滑石多級結構吸附劑材料。
[0019]實施例2:
[0020]稱取實施例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，懸掛于反應釜中心，在釜底加入0.8ml水，迅速密封于150°C反應48h。冷卻至室溫，用去離子水洗滌沉淀至中性，再用無水乙醇洗滌一次于70°C烘箱中干燥24得到組裝的水滑石多級結構吸附劑材料。
[0021]應用實施例:
[0022]將實施例1中制備得到的組裝的水滑石多級結構吸附劑材料吸附污水中的重金屬離子和有機染料，將組裝的水滑石多級結構吸附劑材料加入到重鉻酸鉀或者亞甲基藍的溶液中，室溫下不斷攪拌，測得不同時刻的污染物的殘余量及最后組裝的水滑石多級結構吸附劑材料的吸附量。
【主權項】
1.一種干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法，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，置于冷凍干燥機中冷凍干燥12-24h，得到無定型的三價金屬前體； 2)將二價金屬鹽和三價金屬前體按二價金屬離子和三價金屬離子摩爾比為1-4混合研磨均勻，取0.2-4.0g移至無蓋稱量瓶中，懸掛于反應釜中部空間；將0.l_2mL溶劑添加到反應藎底部，與稱量瓶中的固體分尚；然后向反應藎內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，液體堿加入反應釜底部；密封反應釜，80°C _150°C下反應4-48h ;反應完成后冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇洗滌至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結構吸附劑材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的三價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.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二價金屬鹽為硫酸鎂、硝酸鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鎂、硫酸鎳中的一種或幾種。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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】本發明公開了一種干膠轉化組裝水滑石多級結構吸附劑材料的方法。該方法首先通過將固體原料混合與液體分開，利用蒸汽和固體接觸反應制備得到了水滑石多級結構，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散傳輸，具有較高的水處理性能(較高的有機染料和重金屬離子的吸附能力)。該方法沒有使用任何模板劑，經濟，簡便，環境友好，并且避免了模板去除過程中對于材料結構的破壞，得到的多級結構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域(電化學、催化等)的應用。
【IPC分類】C02F1-28, C02F1-62, B01J20-08, B01J20-30
【公開號】CN104801263
【申請號】CN201510213482
【發明人】張法智, 張 榮, 韓靜靜, 張悅
【申請人】北京化工大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月30日