CN107029674A - 一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料及其制备方法，属于吸附材料及其制备技术领域。吸附材料的原料按照重量份数由40~60份的麦饭石、40~60份的花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80‑100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。将麦饭石粉碎过筛；将花生壳水洗、烘干后粉碎；按照重量份数称取原料，混合搅拌，进行反应，得改性粉体混合液；对改性粉体混合液进行抽滤，用蒸馏水洗至中性；烘干，得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。本发明的优点是：吸附效率高、化学稳定性好、可再生利用，同时价格低廉、来源广泛。本发明不仅获得了成本低、吸附性能好的改性吸附材料，用于消除环境污染，也为农林废弃资源物的循环利用提供了一种新途径。

Description

一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
目前环境问题日益严重，空气污染和水体污染事件在全球频发。大气污染物中的悬浮颗粒物会直接危害人体健康，受到国内外密切关注，研究结果表明，PM2.5(细颗粒物)中所含有的苯胺、苯酚等有机物和Pb、Cd等重金属离子不但会对人体健康造成短期影响，如肺功能障碍、气管刺激等，也会造成长期影响，如糖尿病加剧、心脏病恶化等。同时，随着工业的发展，有机物和重金属离子造成的水体污染问题也日益严重，对人体健康及渔业和农业生产造成极大危害。
去除有机污染物和重金属离子的方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜过滤法和电化学法等，其中吸附法具有成本低、效率高、适用性强等特点而广泛被接受。活性炭是目前较为常用的吸附剂，活性炭虽然可以去除水中污染物，但活性炭的成本较高，吸附性能也不够稳定。理想的吸附剂应具有吸附量大、吸附时间短、价格低廉、再生性能好等特点。而麦饭石和花生壳以其低廉的价格、较大的比表面积、较多的孔隙数目，有望作为良好的吸附材料而得到广泛应用。
发明内容
本发明是针对当前环境污染严重的问题，提出一种价格低廉、吸附性强、稳定性高的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料及其制备方法。
本发明以农林废弃物花生壳和麦饭石（黑龙江省碾子山储量丰富）等天然多孔材料为主要原料，经过改性，获得了具有较强吸附性能的高效复合多功能吸附材料，可吸附空气污染物和水体污染物苯胺、苯酚、Cd2+、Pb2+等。
鉴于雾霾污染和水体污染的元凶都主要是重金属离子和有机污染物，本发明提出通过对天然麦饭石和花生壳进行化学改性，以提升其对重金属离子和有机污染物的吸附性能，获得良好的可取代传统吸附材料的高效吸附剂，以期在雾霾的防治、水污染的治理中发挥作用，达到吸附雾霾、净化水质的效果。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，所述复合吸附材料的原料按照重量份数由40~60份的麦饭石、40~60份的花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
一种上述的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；
步骤二：将废弃天然花生壳水洗、在80℃下烘干24小时，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；
步骤三：按照重量份数称取40~60份所述麦饭石、40~60份所述花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，并将它们混合，用磁力搅拌器搅拌均匀，在40~50℃下，反应5~6h，得到改性粉体混合液；
步骤四：对步骤三得到的改性粉体混合液，使用循环水式多用真空泵进行抽滤，抽滤的真空度为-0.1MPa，然后再用蒸馏水洗至中性；
步骤五：在60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料综合了改性花生壳物理吸附性能好，而改性麦饭石化学吸附性能好的特点，有效提高了复合吸附材料对苯胺、苯酚等有机物和Pb、Cd等重金属离子的吸附效果。稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料对苯酚和苯胺的吸附量可分别达到16~20mg/g和70~90mg/g；Pb2+和Cd2+的吸附量可分别达到370~380mg/g和360~370mg/g。
本发明的特点是：
（1）材料高效：本发明将麦饭石和花生壳这两种吸附性能强、过滤效率高的材料有效结合并进行改性，能同时完成物理吸附和化学吸附过程，达到对各种无机离子和有机物的高效吸附，同时利用麦饭石的药用价值，还能有效吸附抑制微生物，达到多功能效果；
（2）改性显著：本发明在复合材料的改性过程中加入了稀土试剂La(NO3)3，有效提高了改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的吸附效果，实现了稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料对苯酚、苯胺、Pb2+、Cd2+的同时有效吸附；
（3）成本低廉：本发明所利用的麦饭石以及花生壳来源广泛、价格低廉，大大降低了生产成本，故具有良好的市场前景；
（4）工艺简单：本发明提出的改性方法所用试剂便宜，操作简单，无需特殊设备，更易于推广。
综上所述，本发明制备的复合吸附材料是将改性花生壳和麦饭石混合使用，利用了改性花生壳物理吸附性能好，而改性麦饭石化学吸附性能好的特点，使其达到了既能有效吸附有机污染物，又能高效吸附重金属离子的效果，获得了吸附效率高、化学稳定性好、可再生利用的高效吸附材料，同时该材料还具有价格廉价、来源广泛等优势。本发明不仅获得了成本低、吸附性能好的改性吸附材料，用于消除环境污染，也为农林废弃资源物的循环利用提供了一种新途径。
附图说明
图1为本发明制备的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的氮吸附脱附曲线图；
图2为本发明制备的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明的技术方案作进一步的说明，但并不局仅限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，所述复合吸附材料的原料按照重量份数由40~60份的麦饭石、40~60份的花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，所述复合吸附材料的原料按照重量份数由45~55份的麦饭石、45~55份的花生壳、210~240份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和85~95份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，所述复合吸附材料的原料按照重量份数由50份的麦饭石、50份的花生壳、230份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和90份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
具体实施方式四：一种具体实施方式一、二或三所述的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；
步骤二：将废弃天然花生壳水洗、在80℃下烘干24小时，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；
步骤三：按照重量份数称取40~60份所述麦饭石、40~60份所述花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，并将它们混合，用磁力搅拌器搅拌均匀，在40~50℃下，反应5~6h，得到改性粉体混合液；
步骤四：对步骤三得到的改性粉体混合液，使用循环水式多用真空泵进行抽滤，抽滤的真空度为-0.1MPa，然后再用蒸馏水洗至中性；
步骤五：在60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。
实施例1：
按照重量份数取50份麦饭石、50份花生壳、200份改性试剂HNO3溶液和100份改性试剂La(NO3)3溶液；
将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；将废弃天然花生壳水洗、烘干后，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；称取50份的麦饭石、50份的花生壳、200份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，用磁力搅拌器搅拌均匀，在50℃下，反应5h；抽滤，将粉体用蒸馏水洗至中性；在 60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。实施例1制得的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料对苯酚和苯胺的吸附量可分别达到17.20mg/g和78.90mg/g；Pb2+和Cd2+的吸附量可分别达到376.81mg/g和368.90mg/g。对所制备的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料进行了N2吸附测试，如图1所示，证实了改性后的吸附剂中存在数量较多的孔结构。
实施例2：
按照重量份数取40份麦饭石、60份花生壳、250份改性试剂HNO3溶液和80份改性试剂La(NO3)3溶液；
将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；将废弃天然花生壳水洗、烘干后，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；称取40份的麦饭石、60份的花生壳、250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，用磁力搅拌器搅拌均匀，在50℃下，反应6h；抽滤，将粉体用蒸馏水洗至中性；在 60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。实施例2制得的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料对苯酚和苯胺的吸附量可分别达18.70mg/g和90.62mg/g；Pb2+和Cd2+的吸附量可分别达到376.24mg/g和367.20mg/g。所制备的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的SEM照片如图2所示。从图中可以看出，改性后的材料，较未改性之前孔结构明显增加，出现了絮状的多孔结构，表面积大大增加。
实施例3：
按照重量份数取60份麦饭石、40份花生壳、200份改性试剂HNO3溶液和90份改性试剂La(NO3)3溶液；
将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；将废弃天然花生壳水洗、烘干后，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；称取60份的麦饭石、40份的花生壳、200份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和90份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，用磁力搅拌器搅拌均匀，在40℃下，反应6h；抽滤，将粉体用蒸馏水洗至中性；在 60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。实施例3制得的稀土改性麦饭石和花生壳复合材料对苯酚和苯胺的吸附量可分别达16.80mg/g和80.25mg/g；Pb2+和Cd2+的吸附量可分别达到377.37mg/g和368.33mg/g。对所制备的稀土改性麦饭石和花生壳复合材料进行了Pb2+的再生吸附试验，结果表明经过5次稀硝酸解吸~再吸附后，吸附率降幅仅为15%，说明改性吸附材料的稳定性和再生性能比较好，能够重复使用，大大降低了实际应用成本，具有推广应用价值。
本发明制备方法中所用主要仪器设备的型号及生产厂家如表1所示
表1

Claims (4)

1.一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，其特征在于：所述复合吸附材料的原料按照重量份数由40~60份的麦饭石、40~60份的花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
2.根据权利要求1所述的一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，其特征在于：所述复合吸附材料的原料按照重量份数由45~55份的麦饭石、45~55份的花生壳、210~240份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和85~95份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
3.根据权利要求2所述的一种稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料，其特征在于：所述复合吸附材料的原料按照重量份数由50份的麦饭石、50份的花生壳、230份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和90份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液组成。
4.一种权利要求1、2或3所述的稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
步骤一：将天然麦饭石球磨粉碎后，过筛80~100目；
步骤二：将废弃天然花生壳水洗、在80℃下烘干24小时，用粉碎机进行粉碎，过筛80~100目；
步骤三：按照重量份数称取40~60份所述麦饭石、40~60份所述花生壳、200~250份浓度为3mol/L的改性试剂HNO3溶液和80~100份浓度为2mol/L的改性试剂La(NO3)3溶液，并将它们混合，用磁力搅拌器搅拌均匀，在40~50℃下，反应5~6h，得到改性粉体混合液；
步骤四：对步骤三得到的改性粉体混合液，使用循环水式多用真空泵进行抽滤，抽滤的真空度为-0.1MPa，然后再用蒸馏水洗至中性；
步骤五：在60℃下烘干，即得稀土改性麦饭石和花生壳复合吸附材料。
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