CN104801263A - 一种干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法。该方法首先通过将固体原料混合与液体分开，利用蒸汽和固体接触反应制备得到了水滑石多级结构，水滑石相互有序排列层层堆叠，具有较大的比表面积，提供了较多的吸附位，形成了丰富的孔道，孔径大小在几纳米到几百纳米之间，有利于粒子特别是大分子的扩散传输，具有较高的水处理性能(较高的有机染料和重金属离子的吸附能力)。该方法没有使用任何模板剂，经济，简便，环境友好，并且避免了模板去除过程中对于材料结构的破坏，得到的多级结构更有利于水滑石的吸附性能，并有望于提高水滑石在其他领域(电化学、催化等)的应用。

Description

一种干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法

技术领域

本发明属于吸附剂材料制备技术领域，特别涉及一种干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法。

背景技术

现在地下水的污染已经成为重大的环境污染问题危害着居民的生活，主要是由于重金属离子和有机染料等污染源引起的，工业废水中经常含有重金属离子：Cr(VI)，Pd(II)，Hg(II)等，不加以处理的话这些高度有毒的金属离子就会流入河流造成水污染。水处理净化已经收到人们越来越多的关注和急需解决的问题。传统的水处理方法就是生物法，凝聚法，渗透作用，蒸馏，吸附过滤，吸附物质主要是离子交换树脂，活性氧化铝，氧化铁等。其中吸附过滤是最方便的方法，吸附是一个平衡过程，相比较其他的水净化方法吸附法具有较低的成本灵便的操作，对有毒污染物不敏感，吸附过程中不会形成新的污染物等。研究一种新的过滤材料，较低的成本时具有较高的离子交换能力高效选择强的去除水里的污染物，是一种期望的路径。多级结构的金属氧化物(氢氧化物)在吸附方面具有重要的作用，首先，结构大小在微米左右可以有较好的机械性能。再者，具有较高的比表面积从而提供较快的吸附速率和吸附容量。其次，有利于质子的传输，并且材料本身的转移也是简单操作的。

水滑石是一种双金属复合氢氧化物材料，具有层状结构、层间离子的可交换性以及层板元素的可调变性，在水处理方面已经得到广泛的应用。一般水滑石的制备方法为共沉淀法，得到六方片状的水滑石粉体。相比较传统的水滑石粉体，多级结构水滑石有更好的吸附能力，这主要是由于水滑石粉体的堆积聚集，而组装的多级水滑石避免了此问题并提供较大的比表面积和丰富的传输通道，具有更多的吸附位。目前水滑石多级结构的主要制备方法是模板法，采用具有刚性结构的小球等硬模板或者表面活性剂等软模板，采用模板的刚性结构或者活性剂表面力的诱导组装水滑石多级结构，但是此方法操作繁琐，对于水滑石多级结构形貌的控制和设计都不容易达到，并且需要后续的模板剂的处理，一般通过高温煅烧或者溶解溶剂的方式去除模板，此过程容易破坏水滑石的形貌结构造成不完整性，产生的大量废水和气体都对环境造成污染，因此探索一种简便环境友好的水滑石多级结构制备方法从而提高吸附性能具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的简便的环境友好的干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法。该方法通过对铝前体的活化作为一个逐渐被消耗的模板，利用干胶转化法诱导组装水滑石多级结构，制备得到的水滑石多级结构具有较大的尺寸、较高的比表面积和孔径分布广泛的较丰富的孔道结构，获得了较高的吸附容量。

本发明所述的干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法，其具体操作步骤如下：

1)将5-20g三价金属化合物加入15-60mL去离子水中超声分散，室温剧烈搅拌条件下，不断滴加浓度为10-25wt％的氨水至pH＝3-10得到胶体，然后移到表面皿内，置于冷冻干燥机中冷冻干燥12-24h，得到无定型的三价金属前体；

2)将二价金属盐和三价金属前体按二价金属离子和三价金属离子摩尔比为1-4混合研磨均匀，取0.2-4.0g移至无盖称量瓶中，悬挂于反应釜中部空间；将0.1-2mL溶剂添加到反应釜底部，与称量瓶中的固体分离；然后向反应釜内加入固体碱或液体碱，加入的固体碱或液体碱的量与总的金属离子的摩尔比为1-5，固体碱加入称量瓶中，液体碱加入反应釜底部；密封反应釜，80℃-150℃下反应4-48h；反应完成后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤至pH不大于8，再将所得到的沉淀于60-90℃干燥8-48h，即得到组装的水滑石多级结构吸附剂材料。

所述的三价金属化合物为硝酸铝、仲丁醇铝、异丙醇铝、氯化铁、氢氧化铁中的一种或几种。

所述的二价金属盐为硫酸镁、硝酸镍、硫酸钴、硫酸铜、氯化镁、硫酸镍中的一种或几种。

所述的溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇中的一种或几种。

所述的固体碱为氢氧化钠、六亚甲基四胺、乙二胺、尿素中的一种或几种。

所述的液体碱为10-25wt％的氨水。

有益效果：本发明首先通过将固体原料混合与液体分开，利用蒸汽和固体接触反应制备得到了水滑石多级结构，水滑石相互有序排列层层堆叠，具有较大的比表面积，提供了较多的吸附位，形成了丰富的孔道，孔径大小在几纳米到几百纳米之间，有利于粒子特别是大分子的扩散传输，具有较高的水处理性能(较高的有机染料和重金属离子的吸附能力)。该方法没有使用任何模板剂，经济，简便，环境友好，并且避免了模板去除过程中对于材料结构的破坏，得到的多级结构更有利于水滑石的吸附性能，并有望于提高水滑石在其他领域(电化学、催化等)的应用。

附图说明

图1是实施例1反应过程中所得无定型铝前体的SEM图。

图2是实施例1制备的组装的水滑石多级结构吸附剂材料的SEM图。

图3是组装的水滑石多级结构吸附剂材料对于重金属离子Cr(IV)的吸附图。

具体实施方式：

实施例1：

称取10g的Al(NO₃)₃·9H₂O加入30mL去离子水超声分散，室温条件下剧烈搅拌，不断滴加25％(wt)的浓氨水，至pH≈5，得到氢氧化铝胶体，移至表面皿中，置于冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到白色的无定型的氢氧化铝粉末前体；称取得到的氢氧化铝粉末前体0.1g，0.59418g无水MgSO₄，研磨均匀，置于25ml的无盖称量瓶中，悬挂于反应釜中心，在釜底加入0.6ml水，1.2ml浓度为25wt％氨水；迅速密封反应釜，于120℃反应24h；冷却至室温，用去离子水洗涤沉淀至中性，再用无水乙醇洗涤一次于60℃烘箱中干燥24h得到组装的水滑石多级结构吸附剂材料。

实施例2：

称取实施例1中得到的氢氧化铝粉末前体0.2g，0.46997g氯化镁，1.78254g尿素，研磨均匀，置于25ml的称量瓶中，悬挂于反应釜中心，在釜底加入0.8ml水，迅速密封于150℃反应48h。冷却至室温，用去离子水洗涤沉淀至中性，再用无水乙醇洗涤一次于70℃烘箱中干燥24得到组装的水滑石多级结构吸附剂材料。

应用实施例：

将实施例1中制备得到的组装的水滑石多级结构吸附剂材料吸附污水中的重金属离子和有机染料，将组装的水滑石多级结构吸附剂材料加入到重铬酸钾或者亚甲基蓝的溶液中，室温下不断搅拌，测得不同时刻的污染物的残余量及最后组装的水滑石多级结构吸附剂材料的吸附量。

Claims (6)

1.一种干胶转化组装水滑石多级结构吸附剂材料的方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：

1)将5-20g三价金属化合物加入15-60mL去离子水中超声分散，室温剧烈搅拌条件下，不断滴加浓度为10-25wt％的氨水至pH＝3-10得到胶体，然后移到表面皿内，置于冷冻干燥机中冷冻干燥12-24h，得到无定型的三价金属前体；

2)将二价金属盐和三价金属前体按二价金属离子和三价金属离子摩尔比为1-4混合研磨均匀，取0.2-4.0g移至无盖称量瓶中，悬挂于反应釜中部空间；将0.1-2mL溶剂添加到反应釜底部，与称量瓶中的固体分离；然后向反应釜内加入固体碱或液体碱，加入的固体碱或液体碱的量与总的金属离子的摩尔比为1-5，固体碱加入称量瓶中，液体碱加入反应釜底部；密封反应釜，80℃-150℃下反应4-48h；反应完成后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤至pH不大于8，再将所得到的沉淀于60-90℃干燥8-48h，即得到组装的水滑石多级结构吸附剂材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的三价金属化合物为硝酸铝、仲丁醇铝、异丙醇铝、氯化铁、氢氧化铁中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的二价金属盐为硫酸镁、硝酸镍、硫酸钴、硫酸铜、氯化镁、硫酸镍中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固体碱为氢氧化钠、六亚甲基四胺、乙二胺、尿素中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的液体碱为10-25wt％的氨水。