CN106215883B - 一种重金属废水吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重金属废水吸附材料及其制备方法。该重金属废水吸附材料的制备方法包括：向活性白土中加入HCl溶液，浸泡10min‑60min，得到酸化后的活性白土；将酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度为45℃‑70℃下搅拌20min‑50min，得到处理后的活性白土；将木质纤维素与NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃‑75℃下搅拌20min‑50min，得到处理后的木质纤维素；将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以1:1‑6:1的质量比混合，加热至25℃‑75℃，搅拌2h‑7h，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨、过筛，得到重金属废水吸附材料。本发明还提供了上述制备方法得到的重金属废水吸附材料，是一种开发价格低廉、对环境无污染、无毒无害的重金属离子工业废水吸附剂。

Description

一种重金属废水吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种重金属废水吸附材料及其制备方法，特别涉及一种木质纤维素/活性白土复合的重金属废水吸附材料及其制备方法，属于吸附材料技术领域。
背景技术
重金属污染主要来源于采矿、电镀、化工、印染、造纸等工业生产。这些行业产生的含大量重金属的废水被排放进入各种自然水体中，是一类对生态环境和人体健康危害极大的废水。当前，对重金属水污染的控制与治理已成为各国环境保护中急需妥善解决的环境问题。
传统的重金属工业废水处理方法主要有化学沉淀法、氧化还原法、膜技术、离子交换法、浓缩、萃取和生物法等，这些处理方法在一定程度上各自具备有优点，但也不同程度存在不足。吸附法由于具有吸附材料来源广泛，吸附容量大，吸附速度快，去除效率高，操作简便，可重复再生回收利用等优点而受到人们的普遍关注。因而，开发和研究更加易于制备，低价，高效，无毒，可循环使用的高性能吸附剂是目前该领域最前沿和最引人注目的研究的热点之一。
复合型吸附材料通常是指将两种或两种以上的不同材料通过某种方法复合而形成的一种具有吸附功能的新型材料。这种复合型吸附材料对某些特定离子或分子具有选择性亲和作用，制备得到的复合材料的优异性能是单一材料所不具备的，而且还有产生一些新的性能，成为现代吸附和分离技术不可或缺的重要组成部分。
随着内蒙古地区各地的采矿、电镀、冶金、制药等工业生产活动的高速发展，大量的工业、农业和生活废弃物排入水体中，人们赖以生存的水域环境受到严重的污染。重金属离子废水的工业污染物已经威胁到人类的健康，成为世界性的严重危害，目前世界已将重金属离子污染的治理放在了重要的位置，政府实施了相应的政策法规用以保护水源、预防水体污染。因此，开发以反应条件温和，不添加其他有毒有机溶剂为前提的绿色环保的制备方法，廉价、高效、具有特殊或优异性能的新型高分子/无机黏土纳米复合吸附材料，是该领域最为引人注目的研究热点之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开发价格低廉、对环境无污染、无毒无害的重金属离子工业废水吸附剂。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种重金属废水吸附材料及其制备方法。该重金属废水吸附材料的制备方法包括以下步骤：
向活性白土中加入浓度为1wt％-6wt％的HCl溶液，浸泡10min-60min(优选为30min)，得到酸化后的活性白土；其中，每1g活性白土与5mL-10mL的HCl溶液(优选8mLHCl溶液)混合；
将所述酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度为45℃-70℃(优选60℃)下搅拌20min-50min，(优选30min)，得到处理后的活性白土，其中，每1g活性白土与20mL-60mL(优选30mL)的水混合；
将木质纤维素与浓度为5wt％-30wt％的NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃-75℃(优选60℃)下搅拌20min-50min(优选30min)，得到处理后的木质纤维素；其中，每1g木质纤维素与15mL-50mL(优选30mL)的NaOH溶液混合；
将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以1:1-6:1的质量比混合，加热至25℃-75℃，搅拌2h-7h，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨后过120目-200目(优选200目)的网筛，得到所述重金属废水吸附材料。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，采用的HCl溶液的浓度为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％；更优选地，采用的HCl溶液的浓度为4wt％。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，采用的NaOH溶液的浓度为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％；更优选地，采用的NaOH溶液的浓度为15wt％。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1；更优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土的混合质量比为3:1。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，加热温度为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃；更优选地，加热温度为55℃。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h；更优选地，所述处理后的木质纤维素与处理后的活性白土搅拌时间为5h。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，洗涤时将产物洗涤至中性。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，干燥是在40℃-70℃下真空干燥60min-150min；更优选地，干燥是在60℃下真空干燥120min。
在本发明提供的重金属废水吸附材料的制备方法中，优选地，活性白土在酸化处理前和处理后都经过200目的网筛过筛。目的是为了使活性白土更完全的溶解在溶液中。
根据本发明的具体实施方式，采用的活性白土在进行酸化处理前，进行研磨过筛，经过200目的网筛筛选。另外，进行酸化处理后，将酸化处理后的活性白土进行抽滤、洗涤至中性，然后经过烘干、研磨过200目的网筛后备用。
本发明提供了一种重金属废水吸附材料，其是通过上述的重金属废水吸附材料的制备方法制备得到的。
本发明提供的重金属废水吸附材料选用的原材料之一木质纤维素，是一种天然物质，其储量大、价格低廉，具有空间三维聚合物网络结构，富含多种活性官能团和吸附位点，易生物降解，对环境无污染等优点，将其作为吸附材料用于重金属废水处理中，是取之于自然，回归于自然的过程。
本发明提供的重金属废水吸附材料选用的另一原材料活性白土，具有较高的离子交换能量、表面负电荷和表面活性羟基，其比表面积大并且具有通道结构，因而其在重金属废水处理中有很好的成本优势和应用前景。
本发明的重金属废水吸附材料将有机相高分子材料木质纤维素和无机相材料活性白土通过原位插层复合反应结合起来，以活性白土为基体，木质纤维素为增强体形成的纳米复合材料，整合了高分子材料和无机材料的性能，使该纳米复合材料呈现出一种协同效应，木质纤维素长链分子相互交叉，为重金属离子的快速质量传输提供扩散通道，极大的改善了复合材料的吸附性能、亲水性能、化学稳定性和结构稳定性等，这些优异的性能是单一材料所不具备的。
本发明的重金属废水吸附材料相对现有技术具有以下技术优点和效果：
本发明的重金属废水吸附材料首次采用木质纤维素和活性白土进行溶液原位插层复合反应，制备出可针对处理工业废水中重金属离子的新型木质纤维素/活性白土纳米复合吸附材料。这种复合吸附材料克服了木质纤维素亲水性、机械性和化学稳定性差的缺陷，同时改善了粉末状活性白土纳米粒子容易聚集，难于分离和质量损失等缺点，很大程度上增强了纳米复合材料的稳定性、机械性，提高了对废水中重金属离子的吸附效果，拓宽了两种原料各自的使用范围，这在开发研制天然高分子/无机粘土纳米吸附材料的领域中具有原始创新性。
本发明的重金属废水吸附材料-木质纤维素/活性白土纳米复合材料是一种低成本，生物相容性好，高效的重金属离子吸附剂，具备有简单制备方法，良好的可重用性，环境友好等优点，对废水中重金属离子有很好的亲和力和吸附选择性，是木质纤维素高附加值利用的一个新起点，广泛适用于工业废水污染物的富集和分离。
附图说明
图1为Zn(II)离子标准工作曲线；
图2为HCl溶液的质量浓度对Zn(II)离子吸附量的影响曲线；
图3为木质纤维素和活性白土掺杂比对废水中Zn(II)离子吸附量的影响曲线；
图4为NaOH溶液的质量浓度对Zn(II)离子吸附量的影响曲线；
图5为反应温度对Zn(II)离子吸附量的影响曲线；
图6为反应时间对Zn(II)离子吸附量的影响曲线；
图7为木质纤维素、活性白土和本发明的重金属废水吸附材料的FTIR谱图；
图8为活性白土和本发明的重金属废水吸附材料的XRD谱图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
为了很好的测试本发明的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子吸附效果，需要制作Zn(II)离子标准工作曲线，具体步骤如下：
分别移取50mg/L的Zn(II)标准溶液1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL、6.00mL、7.00mL于50mL的容量瓶中，均加入10mL pH＝5.7的乙酸-乙酸钠缓冲溶液和2.5mLI.5g/L的二甲酚橙溶液，用水稀释至刻度，摇匀。在570nm处用1cm的石英比色皿以空白试剂作参比测定其吸光度，以Zn(II)的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线，得Zn(II)标准曲线方程，如图1所示。
实施例1
本实施例采用不同质量浓度的HCl溶液制备重金属废水吸附材料，制备的具体步骤如下：
将活性白土研磨过200目筛，分别加入浓度为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％，6wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
准确称取1.00g上述酸化后的活性白土，分别与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g与浓度为15wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将上述六份酸化后的活性白土和一份木质纤维素悬浮液混合，加热至55℃，搅拌反应5h，抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到六份木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即六份重金属废水吸附材料。
取六份各0.05g的重金属废水吸附材料分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试采用不同质量浓度的HCl溶液对Zn(II)离子吸附量的影响。
图2为不同质量浓度的HCl溶液的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量的关系曲线。
由图2可知，随着HCl溶液浓度的增加，重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量快速增大，当酸浓度为4wt％时，吸附量达到最大值，继续增加酸浓度，吸附量缓慢降低。这是由于，HCl溶液浓度较小时，H+置换活性白土层间Ca2+不完全，随着酸度的增加，活性白土层间的Ca2+和Mg2+被H+置换越充分，在酸度为4wt％时，蒙脱石部分晶体结构破坏，活性白土的比表面积达到最大，同时，酸化使活性白土结构中孔道增多，有利于木质纤维素长链分子插层进入片层之间，对废水中Zn(II)离子的吸附量到达最大。当酸度超过4wt％后，膨润土四面体结构中的Al3+被H+交换，酸活化造成了膨润土的2:1型骨架结构坍塌，不利于木质纤维素的插层进入，同时也减小了活性白土的比表面积，重金属废水吸附材料对Zn(II)离子的吸附量降低。因此，选择HCl溶液进行酸化的最佳质量百分比浓度为4wt％。
实施例2
本实施例采用不同的混合质量比的处理后的木质纤维素与处理后的活性白土制备重金属废水吸附材料，制备的具体步骤如下：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取酸化后活性白土1.00g与30mL蒸馏水混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
分别称取1.00g、2.00g、3.00g、4.00g、5.00g、6.00g木质纤维素，分别与浓度为15wt％的NaOH溶液30mL，60mL，90mL，120mL，150mL，180mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
将上述酸化后的一份活性白土和六份木质纤维素悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比分别为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1)，加热至55℃，搅拌反应5h；抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，于60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到六份木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即六份重金属废水吸附材料。
称取六份各0.05g的重金属废水吸附材料分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试不同混合质量比的处理后的木质纤维素与处理后的活性白土对Zn(II)离子吸附量的影响。
图3为不同木质纤维素和活性白土的掺杂比的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子吸附量的关系曲线。
由图3可见，当木质纤维素的含量较低时，长链分子之间的作用力较弱，仅有少量的木质纤维素长链分子插层进入到活性白土的片层之间，随着木质纤维素含量的增加，有更多的木质纤维素分子与活性白土发生插层反应，当二者掺杂比为3:1时，木质纤维素与活性白土之间的插层反应基本达到平衡，吸附材料对Zn(II)离子的吸附量达到最大。当木质纤维素和活性白土的掺杂比超过3:1时，木质纤维素分子之间相互碰撞和缠绕的几率也会增大，长链分子上的交联点增多，分子之间的作用力增强，不利于插层反应的进行。因此，选择木质纤维素和活性白土的掺杂比为3:1较为合适。
实施例3
本实施例采用不同质量浓度的NaOH溶液制备重金属废水吸附材料，制备的具体步骤如下：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取1.00g酸化后的活性白土，分别与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g，与浓度分别为5wt％，10wt％，15wt％，20wt％，25wt％，30wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将上述六份木质纤维素悬浮液分别与一份酸化后的活性白土悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比分别为3:1)，加热至55℃，搅拌反应5h；抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到六份木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即六份重金属废水吸附材料；
取六份各0.05g的重金属废水吸附材料分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试不同质量浓度的NaOH溶液对Zn(II)离子吸附量的影响。
图4为不同的质量浓度的NaOH溶液的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量的关系曲线。
由图4可见，在NaOH的质量百分比浓度为0％-15％时，随着NaOH浓度的增加，重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量随之增大，当NaOH的质量百分比浓度是15％时，重金属废水吸附材料的吸附量达到最大值。随后当NaOH的质量百分比浓度高于15％时，重金属废水吸附材料的吸附量随NaOH浓度的增大而减小。这是因为，NaOH溶液使木质纤维素发生润胀作用，破坏木质纤维素分子内部以及分子之间的氢键作用，使更多的羟基暴露在外，增加了木质纤维素的可及度和反应性，有利于插层进入活性白土的片层之间，增大对Zn(II)离子的吸附能力。若NaOH的浓度过高时，Na+的水化度小，木质纤维素的润胀度下降，使反应区域减小，阻碍了木质纤维素和活性白土发生插层反应，使得重金属废水吸附材料的吸附量也相应降低。因此，选择NaOH的质量浓度为15％为宜。
实施例4
本实施例采用不同加热温度制备重金属废水吸附材料，制备的具体步骤如下：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取1.00g酸化后的活性白土，与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g与浓度为15wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将酸化后的活性白土和木质纤维素悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比分别为3:1)，分别加热至温度为25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，75℃，搅拌反应5h；抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，于60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到六份木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即六份重金属废水吸附材料。
取六份各0.05g的重金属废水吸附材料分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试不同加热温度对Zn(II)离子吸附量的影响。
图5为不同插层反应温度的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量的关系曲线。
由图5可见，随着插层反应温度的升高，重金属废水吸附材料对Zn(II)离子的吸附量增加，当温度升至55℃以后，吸附量达到最大值，之后，随温度上升吸附量下降。这是由于随着插层反应温度的升高，木质纤维素分子活动能力增强，其高分子长链之间的氢键作用相对减弱，质量浓度为15％的NaOH溶液的润胀程度最佳，木质纤维素分子更容易插层进入活性白土的片层之间，但若温度继续上升时，木质纤维素在NaOH溶液中的润胀程度下降，发生部分降解反应，反应活性降低，不利于木质纤维素与活性白土之间的插层反应，对Zn(II)离子的吸附量相应减弱。因而，插层反应温度选择55℃为宜。
实施例5
本实施例采用不同加热时间制备重金属废水吸附材料，制备的具体步骤如下：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，去离子水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取1.00g酸化后的活性白土，与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g与浓度为15wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将酸化后的活性白土和木质纤维素悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比分别为3:1)，加热至55℃，搅拌反应2h、3h、4h、5h、6h、7h，抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，于60℃真空烘干100min，研磨过200目筛，得到六份木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即六份重金属废水吸附材料。
取六份各0.05g的重金属废水吸附材料分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试不同加热时间对Zn(II)离子吸附量的影响。
图6为不同反应时间的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附量的关系曲线。
由图6可见，随着插层反应时间的延长，重金属废水吸附材料对Zn(II)离子的吸附量先呈现出快速增加的趋势，5h后吸附量趋于平缓。这是因为，从15％NaOH溶液与木质纤维素发生润胀作用的先后顺序来看，NaOH溶液最先与外层木质素接触，木质素表面酸性醇羟基与NaOH处于饱和平衡态，发生水解作用，使木质素脱离，随后NaOH与半纤维素产生剥离和水解反应，导致半纤维素脱离，最后NaOH溶液再与纤维素生成碱纤维素，纤维素大分子被分解，单体葡萄糖分子也被脱离出来，达到较为稳定的状态，此时的木质纤维素可及度提高，反应活性增大，有利于插层反应的进行。在反应的初期阶段，NaOH溶液的润胀作用不完全，木质纤维素的可及度及反应性较低，随着反应时间的延长，NaOH的润胀作用逐渐完全，木质纤维素和活性白土分子间插层反应速度增加，当插层复合反应时间为5h时，木质纤维素长链分子插层进入活性白土片层间的反应已基本达到平衡，对Zn(II)离子的吸附量达到最大。继续延长复合反应时间，部分木质纤维素长链分子之间互相交联缠结，减弱了其在活性白土结构中的分散性，对Zn(II)离子的吸附量相应下降。因此，选择的最佳插层反应时间为5h。
实施例6
本实施例提供了一种重金属废水吸附材料，其是通过以下步骤制备得到的：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取1.00g酸化后的活性白土，分别与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g与浓度为15wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将木质纤维素悬浮液与酸化后的活性白土悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比为3:1)，加热至55℃，搅拌反应5h；抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，于60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即重金属废水吸附材料。
本实施例分别对木质纤维素、活性白土和上述重金属废水吸附材料进行了FTIR和XRD表征。
由图7可以看出，与活性白土的FTIR谱图相比，在重金属废水吸附材料中，活性白土在3632cm-1处的Al-O-H伸缩振动吸收峰，1184cm-1处的Si-O-Si的不对称伸缩振动吸收峰，1037cm-1处Si-O伸缩振动吸收峰，Al-O-H 911cm-1处的面外弯曲振动吸收峰和796cm-1处的Mg-O-H伸缩振动吸收峰消失。同时，与木质纤维素的FTIR谱图相比，在重金属废水吸附材料中，木质纤维素在1139cm-1处的仲醇C-O伸缩振动吸收，1033cm-1处的C-O伸缩振动峰消失。而重金属废水吸附材料的FTIR谱图中却出现了在3416cm-1处的木质纤维素缔合-OH伸缩振动吸收峰，减弱并向高波数3422cm-1处移动，在3697cm-1和3616cm-1处O-H对称和不对称伸缩振动吸收峰减弱并向低波数3691cm-1和3607cm-1移动，在1619cm-1处的-C＝O伸缩振动吸收峰，并向高波数1632cm-1处移动，在1437cm-1处的-CH2的面内弯曲振动吸收峰以及在1162cm-1处C-O-C的对称和不对称伸缩振动吸收峰。由此可见，本发明提供的重金属废水吸附材料中既存在有活性白土的骨架结构，又存在有木质纤维素大分子上典型的基团特征，而木质纤维素结构中的C-O-C和-OH等官能团与活性白土分子中的Si-O，Al-O和Mg-O等键可能通过活性白土层间的阳离子发生了配位和络合作用，形成了重金属废水吸附材料。
利用XRD分析仪可以确定活性白土片层结构中的2θ角，根据Bragg公式2dSinθ＝λ(d为层间距，nm；λ为波长，0.154)，活性白土片层间距对应的2θ角为6.35°，层间距为1.39nm，重金属废水吸附材料对应的2θ角为4.73°，且峰强度明显减弱，层间距为1.87nm。由图8可以看出，从活性白土和复合材料的片层间距便可以看出活性白土的片层被撑开，木质纤维素已经进入到活性白土的片层结构中，重金属废水吸附材料已形成，部分活性白土的层间距离遭到破坏，导致峰强度显著降低，因而，插层反应增大了活性白土的片层间距，增加了比表面积，便于小分子的进入及吸附作用的发生，有利于提高重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附能力。
图7和图8的表征结果均说明，本实施例提供的木质纤维素/活性白土纳米复合材料(即重金属废水吸附材料)，具有木质纤维素插层进入活性白土层间的结构。
实施例7
本实施例提供了一种重金属废水吸附材料，其制备方法具体包括以下步骤：
将活性白土研磨过200目筛，加入4wt％的HCl溶液浸泡30min，抽滤，蒸馏水洗至中性，烘干，研磨过200目筛备用；
称取1.00g酸化后的活性白土，与蒸馏水30mL混合，60℃水浴温度下搅拌30min；
称取木质纤维素3.00g与浓度为15wt％的NaOH溶液90mL混合，60℃水浴温度下，搅拌30min；
将上述木质纤维素悬浮液与酸化后的活性白土悬浮液混合(在混合溶液中，木质纤维素与活性白土的质量比为3:1)，加热至55℃，搅拌反应5h；抽滤，蒸馏水洗涤产物至中性，于60℃真空烘干120min，研磨过200目筛，得到木质纤维素/活性白土纳米复合材料，即重金属废水吸附材料。
将木质纤维素、活性白土、木质纤维素与活性白土的简单混合物(质量比3:1)和上述重金属废水吸附材料四份吸附剂，各称取0.05g，分别放入不同的含Zn(II)离子溶液中进行吸附能力测试，其中，溶液中Zn(II)离子的初始浓度为200mg/L，pH值6.8，吸附温度65℃，吸附时间120min，测定吸光度，计算吸附量，以测试木质纤维素、活性白土、木质纤维素与活性白土的简单混合、以及重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子吸附量的影响，结果如表1所示。
表1不同吸附剂对废水中Zn(II)离子吸附能力对比数据
通过表1可知，本实施例通过溶液插层复合反应制备的重金属废水吸附材料对废水中Zn(II)离子的吸附性能优于木质纤维素、活性白土以及木质纤维素和活性白土的简单混合物，且相对于Zn(II)离子的吸附量。本实施例提供的重金属废水吸附材料的吸附量有很大的提高，这说明相对于其两种组分以及二者简单混合物来说，本实施例中的重金属废水吸附材料对于废水中Zn(II)离子具有优良的吸附性能。
以上实施例说明，本发明的重金属废水吸附材料通过木质纤维素与活性白土插层复合反应形成的纳米复合材料具有稳定的结构，对废水中Zn(II)离子的吸附效率与单一原料以及二种原料的简单混合物相比，吸附性能有显著的提高。

Claims (6)

1.一种重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，该重金属废水吸附材料的制备方法包括以下步骤：
向活性白土中加入浓度为4wt％的HCl溶液，浸泡10min-60min，得到酸化后的活性白土；其中，每1g活性白土与5mL-10mL的HCl溶液混合；
将所述酸化后的活性白土与水混合，在水浴温度45℃-70℃下搅拌20min-50min，得到处理后的活性白土，其中，每1g活性白土与20mL-60mL的水混合；
将木质纤维素与浓度为15wt％的NaOH溶液混合，在水浴温度为40℃-75℃下搅拌20min-50min，得到处理后的木质纤维素；其中，每1g木质纤维素与15mL-50mL的NaOH溶液混合；
将处理后的木质纤维素与处理后的活性白土以3:1的质量比混合，加热至55℃，搅拌5h，进行溶液原位插层复合反应，经过洗涤、抽滤、干燥，研磨后过120目-200目的网筛，得到所述重金属废水中Zn离子的吸附材料。
2.根据权利要求1所述的重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，洗涤时将产物洗涤至中性。
3.根据权利要求1所述的重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，所述干燥是在40℃-70℃下真空干燥60min-150min。
4.根据权利要求3所述的重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，所述干燥是在60℃下真空干燥120min。
5.根据权利要求1所述的重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法，其特征在于，所述活性白土在酸化处理前和酸化处理后都经过200目的网筛过筛。
6.一种重金属废水中Zn离子的吸附材料，其是根据权利要求1-5任一项所述的重金属废水中Zn离子的吸附材料的制备方法制备得到的。
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