CN105688795A - 一种阴离子型染料吸附剂复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明涉及一种阴离子型染料吸附剂复合材料及其制备方法和应用。该染料吸附剂的制备方法为：将一定比例的硫酸铜、硝酸铈和尿素共同加入水与乙二醇的混合溶剂中，搅拌均匀并转移至反应釜中水热反应得到前驱物，前驱物经洗涤、干燥后放入马沸炉中煅烧即可得到所需CuO-CeO₂复合材料。本发明原料价廉易得；合成过程简单易行；该材料被首次应用于吸附阴离子型染料：甲基蓝、刚果红。并表现出很好的吸附性能，对甲基蓝、刚果红的最大吸附量分别达到2131.24mg/g，1072.09mg/g。有很好地应用前景。

Description

一种阴离子型染料吸附剂复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于染料吸附技术领域，具体涉及一种新型阴离子吸附剂：CuO-CeO₂复合材料的合成方法及其在阴离子型染料(例如甲基蓝、刚果红溶液)吸附中的应用。

背景技术

水污染问题一直以来备受关注，尤其是染料问题带来的水污染问题不容小觑。如今，越来越多的染料被用于造纸、印刷、纺织等工业产业。使得越来越多的染料没被处理就被释放到环境中，从而污染了环境。染料对水的污染如果不能及时得到处理轻则对环境造成污染，重则将影响人类的健康。因此，染料水污染的处理问题一直以来备受关注。根据染料分子在水溶液中解离出来的离子态可将染料分为:阴离子染料,如直接染料、酸性染料；阳离子染料,如碱性染料；非离子型染料,如分散染料。像甲基蓝、刚果红都属于生活中所常见的阴离子型染料，其稳定性强，对环境污染严重，难降解。目前，国内外对染料废水的处理方法有吸附、催化、生物处理等。其中，吸附法以其价格便宜，操作简单，吸附剂易于获得等优点而被很好的应用。

常用的吸附剂有活性炭、氧化铝、分子筛、大网状树脂等，但是这些吸附剂不是价格昂贵，就是吸附性能不理想，因而无法实现大规模工业应用。近年来，科学工作者开始就现存吸附剂的不足来合成具有优良吸附性能的吸附剂。如HaoMi等人合成出了疏水性聚合物在对甲基蓝的吸附中体现了良好的性能，吸附量达到476.2mg/g(HaoMi,ZhiguoJiangandJieKong,HydrophobicPoly(ionicliquid)forHighlyEffectiveSeparationofMethylBlueandChromiumIonsfromWater,Polymers5(2013)1203-1214.)；XuelingSong等人合成出具有海胆状微球结构的AlOOH，这种材料对刚果红的最大吸附量达到404.86mg/g(XuelingSong,PingYang,ChangchaoJia,LingChenandKatarzynaMatras-Postolek,Self-assembledsynthesisofurchin-likeAlOOHmicrosphereswithlargesurfaceareaforremovalofpollutants,RSCAdvance.5(2015)33155-33162.)。虽然吸附性能有所提高，但还是不够理想。因此，在环境保护尤其重要的今天，发展与寻求高性价比的染料吸附剂具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有吸附问题的不足，提供一种阴离子型染料吸附剂复合材料及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是：

一种阴离子型染料吸附剂复合材料，所述阴离子型染料吸附剂为CuO-CeO₂复合材料。

所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的在净化含有阴离子型染料污水中的应用。

所述的应用，所述阴离子型染料为甲基蓝、刚果红。

所述的应用，所述甲基蓝或刚果红的初始浓度为20-100mg/L。

所述的应用，阴离子型染料吸附剂复合材料的用量为5mg/100ml污水。

所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)Ce(NO₃)₃·6H₂O和CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体共同加入一次水和的乙二醇的混合溶剂中，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)中搅拌均匀的溶液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中140℃，反应90-100min；优选为90min；

(3)将步骤(2)中所得产物进行洗涤，分别是水、醇交替洗涤各三次，并60℃将样品干燥待用；

(4)将步骤(3)中所得样品放在马沸炉中500℃煅烧2-8h，优选为4h，即得到吸附剂CuO-CeO₂。

所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，Ce(NO₃)₃·6H₂O和CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体的摩尔比为1:1:2。

所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，步骤(3)中的干燥时间为12-24h。

所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，一次水和的乙二醇的混合溶剂中一次水和的乙二醇的体积比为1：2。

混合溶剂用量以完全溶解Ce(NO₃)₃·6H₂O和CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体为宜。

分别在100ml含20-100mg/L的甲基蓝溶液、刚果红溶液中放入CuO-CeO₂吸附剂5mg,避光搅拌吸附12小时达到吸附脱附平衡。吸附前后各溶液中染料的浓度由紫外分光光度法测定。吸附量的计算公式

如下：

$Qe=\frac{(C_0-C_e)V}{W}$

式中:C₀：染料初始浓度(mg/L)；Ce：染料平衡浓度(mg/L)；V:溶液体积(L)；W：吸附剂用量(g)；Qe:平衡吸附量(mg/g)。

本发明具有以下优点：

首先，工艺简单、条件温和、CuO-CeO₂吸附剂结构的重现性好,对甲基蓝、刚果红有机染料的吸附性能好。

其次，在进行染料吸附处理过程中所用吸附剂用量少，节省能源；废物排放少等优点，有利于大规模生产。

最后，扩展了CuO-CeO₂复合物的应用范围，为以后CuO-CeO₂复合物在吸附的研究过程中提供数据支持。

附图说明

图1为实施例1、例2中所使用的CuO-CeO₂复合物的X射线衍射图(XRD)。

图2为实施例1、例2中所使用的CuO-CeO₂复合物的扫描电子显微镜图(SEM)。

图3为实施例1、例2中CuO-CeO₂复合物对甲基蓝、刚果红两种染料的吸附平衡等温线(MB:甲基蓝；CR:刚果红)。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。本发明以甲基蓝、刚果红溶液为代表性阴离子染料，将所合成的CuO-CeO₂复合物对甲基蓝、刚果红溶液进行吸附研究。

制备CuO-CeO₂复合物的具体实施例：

将0.5mmolCe(NO₃)₃·6H₂O、0.5mmolCuSO₄·5H₂O和1mmol尿素三种固体(Ce(NO₃)₃·6H₂O、CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体摩尔比为1:1:2)共同加入5ml一次水和10ml的乙二醇的混合溶剂中，搅拌均匀。转移至25ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中140℃，反应90min，冷却，并将所得产物进行洗涤，分别是水醇交替洗涤各三次，并60℃将样品干燥12h待用。最后，把所得样品放在马沸炉中500℃煅烧4h，即得到所需吸附剂CuO-CeO₂复合物。如下说明书附图：图1为此条件下得到的CuO-CeO₂复合物的XRD；图2为CuO-CeO₂复合物的SEM。

CuO-CeO₂复合物对甲基蓝、刚果红溶液的吸附实验：

实施例1:CuO-CeO₂复合物对甲基蓝溶液的吸附。

配制100mg/L的甲基蓝溶液，分别稀释至20mg/L、25mg/L、35mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L、100mg/L，称取5mg的CuO-CeO₂复合物加入到100mL上述不同浓度的甲基蓝溶液中，室温黑暗搅拌12h后，取10mL悬浮液离心分离，上清液用紫外可见分光光度计在200-800nm之间进行测量。图3中带有方形的线显示了CuO-CeO₂复合物对甲基蓝溶液的吸附平衡等温线。得出CuO-CeO₂复合物对甲基蓝溶液最大吸附量达到2131.24mg/g。

实施例2:CuO-CeO₂复合物对刚果红溶液的吸附。

配制100mg/L的刚果红溶液，分别稀释至20mg/L、25mg/L、35mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L、90mg/L、100mg/L，称取5mg的CuO-CeO₂复合物加入到100mL上述不同浓度的刚果红溶液中，室温黑暗搅拌12h后，取10mL悬浮液离心分离，上清液用紫外可见分光光度计在200-800nm之间进行测量。图3中带有三角形的线显示了CuO-CeO₂复合物对刚果红溶液的吸附平衡等温线。得出CuO-CeO₂复合物对刚果红溶液最大吸附量达到1072.09mg/g。

不同吸附剂与本发明吸附剂吸附效果对比：

表1不同吸附剂对甲基蓝溶液的吸附容量对比

表2不同吸附剂对刚果红溶液的吸附容量对比

从表1与表2中吸附剂的对比得出，本发明中的吸附剂性能良好，值得推广应用。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种阴离子型染料吸附剂复合材料，其特征在于：所述阴离子型染料吸附剂为CuO-CeO₂复合材料。

2.如权利要求1所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的在净化含有阴离子型染料污水中的应用。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述阴离子型染料为甲基蓝、刚果红。

4.如权利要求1所述的应用，其特征在于：所述甲基蓝或刚果红的初始浓度为20-100mg/L。

5.如权利要求1所述的应用，其特征在于：阴离子型染料吸附剂复合材料的用量为5mg/100ml污水。

6.如权利要求1所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)Ce(NO₃)₃·6H₂O和CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体共同加入一次水和的乙二醇的混合溶剂中，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)中搅拌均匀的溶液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中140℃，反应90-100min；优选为90min；

(3)将步骤(2)中所得产物进行洗涤，分别是水、醇交替洗涤各三次，并60℃将样品干燥待用；

(4)将步骤(3)中所得样品放在马沸炉中500℃煅烧2-8h，优选为4h，即得到吸附剂CuO-CeO₂。

7.如权利要求6所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，其特征在于，Ce(NO₃)₃·6H₂O和CuSO₄·5H₂O和尿素三种固体的摩尔比为1:1:2。

8.如权利要求6所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的干燥时间为12-24h。

9.如权利要求6所述的阴离子型染料吸附剂复合材料的制备方法，其特征在于，一次水和的乙二醇的混合溶剂中一次水和的乙二醇的体积比为1：2。