CN107570106B - 一种铁锰类层状双氢氧化物、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁锰类层状双氢氧化物，属于材料化学领域，该铁锰类层状双氢氧化物具有层状双氢氧化物的纳米片层结构，Fe(OH)3、Mn(OH)2、Mg(OH)2构成了纳米片层的骨架结构，层间填充阴离子。铁锰类层状双氢氧化物由混合离子溶液和碱液混合反应、干燥制得，所述的混合离子溶液中包括金属离子和阴离子，金属离子包括Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)；所述干燥方式为冷冻干燥，该铁锰类层状双氢氧化物应用于去除水中重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于水中重金属离子吸附去除的层状双氢氧化物，更具体的说，是一种具有良好层状结构的铁锰类层状双氢氧化物、制备方法及应用。
背景技术
自上个世纪Feitknecht等人利用金属盐和碱金属氢氧化物首次人工合成出了层状双氢氧化物，大胆地设想了层状双氢氧化物的双层结构模型后，对层状双氢氧化物制备方法的探索一直备受关注，制备出形状规则、单分散性良好和粒径可控的层状双氢氧化物一直是科研工作者的研究重点。
层状双氢氧化物又名水滑石，是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，它的结构类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，典型的层状双氢氧化物化合物是镁铝碳酸根型水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，其中，Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)可以被其他同价金属离子取代，而形成新的层状双氢氧化物，从而被赋予各种特性。
层状双氢氧化物本身的结构特点使其具有特殊的性质：(1)层板化学组成的可调控性；(2)层间阴离子种类及数量的可调控性；(3)晶粒尺寸及分布的可调控性；(4)酸碱双功能性；(5)热稳定性：加热到一定温度，层状双氢氧化物将发生分解，热分解过程包括脱除层间水，脱除层间阴离子，层板羟基脱水和新相生成等步骤；(6)记忆效应：500℃下焙烧产物双金属复合氧化物(LDO)在阴离子的溶液中可以部分恢复到具有有序层状结构的层状双氢氧化物。
近年来，针对层状双氢氧化物的改性研究受到越来越多的关注，中国专利申请号为CN201510413917.9，公布日期为2015.12.23的一种蒙脱石基层状双氢氧化物纳米材料、制备及应用的申请案，该申请案选用带正电荷的Mg/Al层状双氢氧化物与带负电荷的天然蒙脱土絮凝制得蒙脱石基层状双氢氧化物纳米材料，其中Mg/Al层状双氢氧化物的制备过程为：采用氢氧化钠溶液滴入装有MgCl2和AlCl3的混合溶液中，室温下搅拌，在65℃烘箱老化4天，产物冷却后离心，沉淀经洗涤后于65℃烘干，研磨。结果表明，经过改性的层状双氢氧化物对磷的吸附容量显著提高。
采用其他同价金属离子取代Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)的改性研究也成为层状双氢氧化物改性研究的重点，目前对改性较多的方式为共沉淀方法，该方法是在一定的温度和pH条件下，用相应的可溶性金属盐的水溶液和碱液共沉淀合成，其中镁盐和铝盐可采用氯化物、硝酸盐和硫酸盐等，碱液可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，共沉淀的基本条件是调节pH值使其达到过饱和状态。Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)与Mg(Ⅱ)和Al(Ⅲ)的离子半径接近，理论上可以合成铁锰类层状双氢氧化物，从而赋予层状双氢氧化物更多的特性，然而在利用传统共沉淀的方法进行铁锰类层状双氢氧化物合成过程中容易产生结晶紊乱、层状结构崩塌的问题，最终无法得到具备良好层状结构的层状双氢氧化物。如在《类水滑石对水环境中低浓度磷的调控研究》中，其采用MnCl2和FeCl3溶液按照3：1的比例混合，然后将混合溶液与氢氧化钠、碳酸钠反应，培养结晶，制备了铁锰类层状双氢氧化物，将制备的材料采用扫描电镜进行形貌考察，根据其扫描电镜图谱可观察该材料并不具备双层氢氧化物的特征，判定为金属复合物的形式。
因此，制备出铁锰类的层状双氢氧化物存在一定的难度，如何克服结晶紊乱、层状结构崩塌的缺陷是本领域科技术人员的研究重点，此外，在Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)混合加入的同时引入其他离子以制备铁锰类层状双氢氧化物的方式是一种新的研究方向，目前采用Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)和Mg(Ⅱ)三种离子同时混合制备含铁锰类的层状双氢氧化物未有文献报道。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对于针对传统层状双氢氧化物改性过程中，无法得到特定的金属离子改性的具有良好层状结构的层状双氢氧化物，以及采用传统共沉淀法制备铁锰类层状双氢氧化物时产生结晶紊乱、层状结构崩塌的缺陷，无法得到具备良好层状结构的层状双氢氧化物的问题，本发明旨在提供一种具有良好层状结构的铁锰类层状双氢氧化物。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明提供了一种铁锰类层状双氢氧化物，所述的铁锰类层状双氢氧化物具有层状双氢氧化物的纳米片层结构，由Fe(OH)3、Mn(OH)2和Mg(OH)2构成纳米片层的骨架结构，层间填充阴离子。
作为本发明更进一步的改进，所述的Fe元素的摩尔数占Fe、Mn、Mg三种元素的总摩尔数的比例不低于20％。
作为本发明更进一步的改进，所述的Fe、Mn、Mg的摩尔比为1:1:2、1:2:2、2:1:2或2:2:1。
作为本发明更进一步的改进，所述的阴离子为Cl-、NO3 -、CO3 2-、SO4 2-和OH-的任意组合。
作为本发明更进一步的改进，所述的铁锰类层状双氢氧化物由混合离子溶液和碱液混合反应、冷冻干燥制得，所述的混合离子溶液为包含金属离子和阴离子的溶液，所述的金属离子为Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)和Mg(Ⅱ)。
作为本发明更进一步的改进，一种铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：
(A)制备无氧水；
(B)将混合离子溶液和碱液在N2保护下滴加到pH为9～11的无氧水中，滴加完成后搅拌，得到反应溶液；
(C)将步骤(B)得到的反应溶液恒温水浴，得到反应产物；
(D)将步骤(C)的得到的反应产物依次进行洗涤、固液分离、冷冻干燥步骤处理。
作为本发明更进一步的改进，步骤(B)中，混合离子溶液中的金属离子，Fe(Ⅲ)离子来源于Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O、Fe2(SO4)3任意一种，Mn(Ⅱ)离子来源于MnCl2·4H2O、Mn(NO3)2、MnSO4·H2O任意一种，Mg(Ⅱ)离子来源于MgCl2·6H2O、MgSO4·7H2O、Mg(NO3)2·6H2O任意一种。
作为本发明更进一步的改进，步骤(B)中，所述混合离子溶液的浓度为0.5～2mol/L，所述碱液浓度为0.5～3mol/L。
作为本发明更进一步的改进，所述的铁锰类层状双氢氧化物应用于去除水中重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的铁锰类层状双氢氧化物，采用Fe(OH)3、Mn(OH)2、Mg(OH)2构成纳米片层的骨架，层间填充阴离子，根据扫描电镜分析、透射电镜分析、X射线衍射分析结果，其具有层状双氢氧化物的纳米片层结构；从而提供一种新型的、采用特定金属离子改性的层状双氢氧化物。
本发明还包括针对上述铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，针对现有技术合成过程中容易产生结晶紊乱、层状结构崩塌的问题，因此制备的铁锰类的层状双氢氧化物并不具备明显的层状双氢氧化物的片层结构，仅以铁锰的复合氢氧化物的形式存在的问题，本发明的铁锰类层状双氢氧化物改性后依然拥有层状双氢氧化物的特性，应用范围广泛。
(2)本发明的铁锰类层状双氢氧化物，除了具有层状双氢氧化物本身的特性之外，还可应用于水体中的重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的去除，与现有技术中其他层状金属氢氧化物相比，其对于水体中的重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附容量更高，吸附性能更为优异，吸附去除效果更好。
(3)本发明的铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，针对于采用Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)离子为反应溶液的传统共沉淀法，无法制备出具有明显的层状双氢氧化物结构的问题；本发明的方法在含有Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)离子溶液中引入Mg(Ⅱ)离子，同时以冷冻干燥方式代替热干燥方式，克服了传统共沉淀法制备过程中产生的结晶紊乱、层状结构崩塌的问题，制备的材料具有明显的层状双氢氧化物的片层结构，该方法是基于传统共沉淀方法的改进，操作步骤简单，成本低廉，利于推广。
(4)本发明的铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，得到的铁锰类层状双氢氧化物中Fe、Mn、Mg元素的摩尔比与制备时比例一致，表明整个制备过程几乎无材料损失，制备方法稳定、清洁可靠。
(5)本发明的铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，采用严格的反应条件控制，在整个制备过程隔绝氧气，防止Mn(Ⅱ)离子在任何环节中被氧化，所有溶液均采用无氧水配制，将反应体系严格控制为无氧条件。
附图说明
图1为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为50μm的扫描电镜图；
图2为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为10μm的扫描电镜图；
图3为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为5μm的扫描电镜图；
图4为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料的X射线衍射图；
图5为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为100nm的透射电镜图；
图6为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为50nm的透射电镜图；
图7为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为2nm的透射电镜图；
图8为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料的Mn元素的X射线光电子能谱图；
图9为实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料的Fe元素的X射线光电子能谱图；
图10为对照例A的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为10μm扫描电镜图；
图11为对照例A的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为5μm扫描电镜图；
图12为现有技术的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为5μm的扫描电镜图；
图13为对照例B的铁锰类层状双氢氧化物材料标尺为5μm的扫描电镜图；
图14为对照例B的铁锰类层状双氢氧化物材料的X射线衍射图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1：
本实施例中铁锰类层状双氢氧化物材料的制备过程如下：
步骤(1)、制备无氧水：采用玻璃导管持续向装有800mL去离子水的1L容量瓶中持续通入纯度为99.9％的氮气，流速100mL/min，持续时间60min，持续通入氮气过程中，每隔一段时间轻轻摇晃容量瓶，排除水中溶解氧和二氧化碳，通气完成后，将容量瓶用瓶塞塞上，并用封口胶带密封备用。
步骤(2)、混合离子溶液制备：分别将Fe(NO3)3·9H2O、MnCl2·4H2O、MgCl2·6H2O溶于无氧水中，制备Fe(NO3)3·9H2O溶液，MnCl2·4H2O溶液以及MgCl2·6H2O溶液，将上述三种溶液混合得到混合离子溶液，所述的混合离子溶液中总金属离子浓度为2mol/L；Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)摩尔比为1:1:2。
步骤(3)、碱液制备：将氢氧化钠溶于无氧水，制备浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液。
步骤(4)、混合反应：将步骤(2)的混合离子溶液和步骤(3)中的氢氧化钠溶液在氮气保护下滴加到pH为9的无氧水中，以0.5mL/min的速率匀速滴加，滴加完成后持续搅拌1h，搅拌速度为100rpm。
步骤(5)、将步骤(4)混合反应后的混合溶液恒温水浴12小时，水浴温度为60℃，水浴过程中持续通入氮气。
步骤(6)、将步骤(5)反应完成后反应产物采用无氧水充分洗涤至洗涤液呈中性，以离心方式进行固液分离，离心转速4000rpm，离心时间10h，最终进行-50℃的冷冻干燥，得到铁锰类层状双氢氧化物材料。
对本实施例的铁锰类层状双氢氧化物材料进行结构表征，表征项目主要包括：
1)扫描电镜分析，图1～图3为对该材料的扫描电镜分析图谱，其中，图1、图2、图3分别为标尺为50μm、10μm、5μm的扫描电镜图；根据上述图谱可知，该材料为具备类水滑石结构的层状双氢氧化物。
2)X射线衍射(XRD)分析，图4为该材料的XRD分析图谱，根据分析结果可知，该材料具备层状双氢氧化物特有的XRD特征峰，除了处于低2θ角度的003强峰，紧随其后的中强峰006和009/012之外，还有介于2θ＝59°～62°之间的两个弱峰110和113峰，由XRD分析计算可得该层状双氢氧化物的层间距为2.33nm。
3)元素分析，将该材料采用ICP-MS进行元素分析，结果表明该材料中Fe、Mn、Mg元素的摩尔比为1:1.07:1.95，表明整个制备过程材料损失可忽略。
4)透射电镜分析，图5～图7为该材料的透射电镜图谱，其中，图5、图6、图7分别为为标尺为100nm、50nm、2nm的透射电镜图；根据结果分析，进一步证实了该材料具备层状双氢氧化物结构特征；此外，根据图谱分析得出该材料中颗粒的尺寸为60～100nm。
5)X射线光电子能谱(XPS)分析，图8为该材料中的Mn元素的XPS分析图谱，根据结果可知，Mn元素主要以Mn(OH)2形态存在；图9为Fe元素的XPS分析图谱，根据结果可知，表明Fe元素主要以Fe(OH)3形态存在。
根据上述表征分析证明该材料是具备类水滑石结构的铁锰类层状双氢氧化物，其颗粒的尺寸为60～100nm，层间距为2.33nm；Fe(OH)3、Mn(OH)2、Mg(OH)2构成了片层的骨架结构，整个制备过程材料损失可忽略。
实施例2：
本实施例的铁锰类层状双氢氧化物材料制备步骤基本同实施例1，不同之处在于步骤(2)中，Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)离子的摩尔比为1:2:2，混合离子溶液中总金属离子浓度为0.5mol/L；步骤(3)中，氢氧化钠溶液浓度为0.5mol/L。
对该材料分别进行XRD分析、扫描电镜扫描分析及透射电镜扫描分析，证明该材料具备层状双氢氧化物结构特征。
实施例3：
本实施例的铁锰类层状双氢氧化物材料制备步骤基本同实施例1，不同之处在于步骤(2)中，Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)离子的摩尔比为2:1:2，混合离子溶液中总金属离子浓度为1mol/L；步骤(3)中，氢氧化钠溶液浓度为2mol/L。
对该材料分别进行XRD分析、扫描电镜分析及透射电镜分析，证明该材料具备层状双氢氧化物结构特征。
实施例4：
本实施例的铁锰类层状双氢氧化物材料制备步骤基本同实施例1，不同之处在于步骤(2)中，Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)离子的摩尔比为2:2:1，混合离子溶液中总金属离子浓度为1mol/L；步骤(3)中，氢氧化钠溶液浓度为1.5mol/L。
对该材料进行XRD分析、扫描电镜分析及透射电镜分析，证明该材料具备层状双氢氧化物结构特征。
对照例A
本对照例为制备过程中不引入Mg(Ⅱ)离子的对比例，操作过程如下：
步骤(1)、制备无氧水：采用玻璃导管持续向装有800mL去离子水的1L容量瓶中持续通入纯度为99.9％的氮气，流速100mL/min，持续时间60min，持续通入氮气过程中，每隔一段时间轻轻摇晃容量瓶，排除水中溶解氧和二氧化碳，通气完成后，将容量瓶用瓶塞塞上，并用封口胶带密封备用。
(2)混合离子溶液制备：分别将Fe(NO3)3·9H2O、MnCl2·4H2O、MgCl2·6H2O溶于无氧水中，制备Fe(NO3)3·9H2O溶液，MnCl2·4H2O溶液，将上述三种溶液混合得到混合离子溶液，所述的混合离子溶液中总金属离子浓度为2mol/L；Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)离子摩尔比为1:1。
(3)碱液制备：将氢氧化钠溶于无氧水，制备浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液。
(4)混合反应：将步骤(2)的混合离子溶液和步骤(3)中的氢氧化钠溶液在氮气保护下滴加到pH为9的无氧水中，以0.5mL/min的速率匀速滴加，滴加完成后持续搅拌1h，搅拌速度为100rpm。
(5)将步骤(4)混合反应后的混合溶液恒温水浴12小时，水浴温度为60℃，水浴过程中持续通入氮气。
(6)将步骤(5)反应完成后反应产物采用无氧水充分洗涤至洗涤液呈中性，以离心方式进行固液分离，离心转速4000rpm，离心时间10h，最终进行-50℃的冷冻干燥。
对本对照例A得到的铁锰类层状双氢氧化物材料进行扫描电镜分析，图10、图11分别为标尺为10μm、5μm扫描电镜图分析图谱，根据图谱可知，该材料除存在块状的锰氧化物外，还有大量的以针型存在的复合矿物，不具备明显的类水滑石的片层结构，判定为铁锰的复合氢氧化物。
根据《类水滑石对水环境中低浓度磷的调控研究》中的方法，现有技术在制备铁锰类层状双氢氧化物的过程中只采用含有Fe、Mn两种元素的混合离子溶液，且最终采用热干燥的方式，其得到材料的扫描电镜分析图谱为图12，由图谱可知，产物也没有明显的类水滑石的片层结构，判定是为铁锰的复合氢氧化物。
对照例B
本对照例B制备过程基本同实施例1，不同之处在于，步骤(6)中进行60℃热干燥。将制备的铁锰类层状双氢氧化物材料进行扫描电镜分析，图13为标尺为5μm扫描电镜图谱，由图谱可知，干燥步骤采用热干燥的产物没有明显的类水滑石的片层结构，与实施例1中形成的铁锰类层状双氢氧化物的SEM图谱具有显著差别，判定为铁锰的复合氢氧化物，而非层状双氢氧化物结构。
将制备的铁锰类层状双氢氧化物材料进行XRD分析，图14为XRD分析图谱，由图谱可知，该材料不具有层状双氢氧化物特有的XRD特征峰。
因此，仅在含有Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)离子溶液中引入Mg(Ⅱ)离子，未改变干燥方式的条件下制得的材料不具有层状双氢氧化物的结构特征。
实施例5：
采用实施例1制得的铁锰类层状双氢氧化物材料对pH＝5.5，Pb(Ⅱ)的浓度为0～1000mg/L的水体进行Pb(Ⅱ)的吸附试验，统计吸附常数，并与现有技术中采用不同的层状金属氢氧化物吸附常数进行对比。
表1为Pb(Ⅱ)在不同层状双氢氧化物上的吸附常数对比统计表。kl为Langmuir方程平衡常数，代表吸附性能；kf为Freundlich方程的吸附速率常数；n表示吸附强度有关的常数。
表1Pb(Ⅱ)在不同层状双氢氧化物材料上的吸附常数
| 材料 | 吸附容量(mg/g) | k<sub>l</sub> | k<sub>f</sub> | n | 温度(℃) |
| 本发明的铁锰类层状双氢氧化物 | 427.35 | 0.136 | 80.91 | 3.13 | 25 |
| Zn-Al-edta-LDH | 180.47 | - | - | - | 25 |
| Mg<sub>2</sub>Al LDH | 66.16 | 0.23 | 19.76 | 0.591 | 30 |
| Mg<sub>2</sub>Al–DTPA LDH | 179.08 | 0.096 | 36.67 | 0.33 | 25 |
| Zn-Al-DTPA LDH | 145.04 | - | - | - | 室温 |
| Mg-Al-LDH | 110 | - | 36 | 1.13 | 25 |
| CO-Mo-LDH | 73.4 | 0.103 | 94.9 | 50.8 | 25 |
| Mg-Al-LDHs/MnO<sub>2</sub> | 49.87 | - | - | - | 25 |
| Mg-Al-LDH | 131.16 | 41 | - | - | 25 |
| Mg-Al-Humate-LDH | 99.46 | 187 | - | - | 25 |
| Mg<sub>2</sub>Al-LS–LDH | 142.8 | 0.19 | 17.15 | 1.57 | - |
根据结果，本发明实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料对Pb(Ⅱ)的吸附容量为427.35mg/g，常数kl为0.136，kf为80.91，常数n为3.13，表明铁锰类层状双氢氧化物材料对Pb(Ⅱ)具有较大的吸附容量和较强的吸附性能。
采用实施例1的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Pb(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Pb(Ⅱ)的浓度为200mg/L时，该材料在2h内将Pb(Ⅱ)的浓度降至0.12mg/L以下，去除率可达99.94％。
采用实施例1制得的铁锰类层状双氢氧化物材料对pH＝5.5，Cd(Ⅱ)的浓度为0～250mg/L的水体进行Cd(Ⅱ)的吸附试验，统计吸附常数，并与现有技术中采用不同的层状金属氢氧化物吸附常数进行对比，表2为Cd(Ⅱ)在不同层状双氢氧化物材料上的吸附常数对比统计表。
表2Cd(Ⅱ)在不同层状双氢氧化物材料上的吸附参数
根据结果，铁锰类层状双氢氧化物材料对Cd(Ⅱ)的吸附容量为59.99mg/g，常数kl为0.275，kf为18.1，常数n为3.99，表明铁锰类层状双氢氧化物材料对Cd(Ⅱ)具有较大的吸附容量和较强的吸附性能。
采用实施例1制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Cd(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Cd(Ⅱ)的浓度为30mg/L时，该材料在4h内将Cd(Ⅱ)的浓度降至1.4mg/L以下，去除率可达95.42％。
实施例6：
采用实施例2制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Pb(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Pb(Ⅱ)的浓度为200mg/L时，上述材料可在2h内将Pb(Ⅱ)的浓度降至0.1mg/L以下，去除率可达99.9％。
采用实施例2制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Cd(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Cd(Ⅱ)的浓度为30mg/L时，上述材料在4h内将Cd(Ⅱ)的浓度降至2mg/L以下，去除率可达96.3％。
实施例7：
采用实施例3制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Pb(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Pb(Ⅱ)的浓度为200mg/L时，该材料在2h内将Pb(Ⅱ)的浓度降至0.1mg/L以下，去除率可达99.9％。
采用实施例3制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Cd(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Cd(Ⅱ)的浓度为30mg/L时，该材料在4h内将Cd(Ⅱ)的浓度降至2mg/L以下，去除率可达94.8％。
实施例8：
采用实施例4制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Pb(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.0，Pb(Ⅱ)的浓度为200mg/L时，该材料可在2h内将Pb(Ⅱ)的浓度降至0.1mg/L以下，去除率可达99.9％。
采用实施例4制备的铁锰类层状双氢氧化物材料对水中重金属Cd(Ⅱ)进行吸附去除，当水体中pH＝5.5，Cd(Ⅱ)的浓度为30mg/L时，该材料在4h内将Cd(Ⅱ)的浓度降至2mg/L以下，去除率可达95.8％。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种铁锰类层状双氢氧化物，其特征在于：所述的铁锰类层状双氢氧化物具有层状双氢氧化物的纳米片层结构，由Fe(OH)3、Mn(OH)2和Mg(OH)2构成纳米片层的骨架结构，层间填充阴离子，所述的Fe、Mn、Mg的摩尔比为1:1:2、1:2:2、2:1:2或2:2:1，所述的Fe元素的摩尔数占Fe、Mn、Mg三种元素的总摩尔数的比例不低于20％，所述的铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：
(A)制备无氧水；
(B)将混合离子溶液和碱液在N2保护下滴加到pH为9～11的无氧水中，滴加完成后搅拌，得到反应溶液；
(C)将步骤(B)得到的反应溶液恒温水浴，得到反应产物；
(D)将步骤(C)的得到的反应产物依次进行洗涤、固液分离、冷冻干燥步骤处理。
2.根据权利要求1中所述的铁锰类层状双氢氧化物，其特征在于：所述的阴离子为Cl-、NO3 -、CO3 2-、SO4 2-和OH-的任意组合。
3.权利要求1所述的铁锰类层状双氢氧化物的制备方法，其特征在于：所述的铁锰类层状双氢氧化物由混合离子溶液和碱液混合反应、冷冻干燥制得，所述的混合离子溶液为包含金属离子和阴离子的溶液，所述的金属离子为Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)和Mg(Ⅱ)。
4.根据权利要求3所述的铁锰类层状双氢氧化物制备方法，其特征在于：步骤(B)中，混合离子溶液中的金属离子，Fe(Ⅲ)离子来源于Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O、Fe2(SO4)3任意一种，Mn(Ⅱ)离子来源于MnCl2·4H2O、Mn(NO3)2、MnSO4·H2O任意一种，Mg(Ⅱ)离子来源于MgCl2·6H2O、MgSO4·7H2O、Mg(NO3)2·6H2O任意一种。
5.根据权利要求4所述的铁锰类层状双氢氧化物制备方法，其特征在于：步骤(B)中，所述混合离子溶液的浓度为0.5～2mol/L，所述碱液浓度为0.5～3mol/L。
6.权利要求1所述的铁锰类层状双氢氧化物的应用，其特征在于：所述的铁锰类层状双氢氧化物应用于去除水中重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)。
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