CN108654554B - 一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，取乙腈和丁二酸，加热回流至丁二酸完全溶解，再加入介孔氧化铝，继续加热回流，反应完全后冷却，离心分离后真空干燥，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。本发明以丁二酸为表面改性剂，采用酯化法制备丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂，制备得到的吸附剂对重金属离子有较强的吸附能力。

Description

一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及及重金属离子吸附剂技术领域，具体涉及一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法。
背景技术
采矿、机械制造、化工、电子、仪表等工业在生产过程中产生重金属废水，这些含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子的工业废水对自然环境危害大，因为这类废水中的重金属离子不能被分解破坏，而且在自然环境中极易转化为毒性更大的金属有机化合物，如汞在微生物的作用下转化为毒性更强的氯化甲基汞。
水体中重金属离子通常采用吸附法进行处理，吸附法是利用多孔性固体吸附剂来处理废水，常见的吸附剂为无机吸附剂，主要包括活性炭、天然沸石、黏土矿物。重金属废水中的金属离子主要是通过物理作用吸附在这些吸附剂表面，金属离子和吸附剂之间的作用力较弱，因而吸附能力有限。因此，开发对重金属离子具有较强吸附能力的吸附剂对重金属废水的处理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，以丁二酸为表面改性剂，采用酯化法制备丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂，制备得到的吸附剂对重金属离子有较强的吸附能力。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，取乙腈和丁二酸，加热回流至丁二酸完全溶解，再加入介孔氧化铝，继续加热回流，反应完全后冷却，离心分离后真空干燥，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。选用乙腈是因为乙腈不会和加入的丁二酸以及要改性的氧化铝发生反应。
作为本发明一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法的进一步优化：丁二酸加入量为乙腈重量的1/10～1/20，控制加热回流温度为60～70℃，至丁二酸完全溶解。
作为本发明一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法的进一步优化：所述介孔氧化铝为表面富羟基的β-Al2O3，介孔氧化铝的焙烧温度小于700℃。
作为本发明一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法的进一步优化：所述介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的2～4倍，控制反应温度为80～90℃，回流反应20～30h。
作为本发明一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法的进一步优化：所述真空干燥的温度控制在60～70℃。
有益效果
一、本发明采用丁二酸为表面改性剂，利用酯化反应，对介孔氧化铝表面进行改性，氧化铝表面羟基与丁二酸一侧羧基发生酯化反应，另一侧羧基能作为配位体与水中的重金属离子发生配位反应，吸附水中的重金属离子，反应条件简单，反应过程中产生的滤液可以重复使用，制备成本较低；
二、本发明在富羟基β-Al2O3表面接枝丁二酸介孔氧化铝表面引入的羧基对铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子具有较强的络合作用，以铜离子为例，当铜离子浓度为0.005mol/L，吸附剂用量为2.4g/L时，中性酸度（pH=7.0）条件下，普通介孔氧化铝和丁二酸表面改性介孔氧化铝对铜离子的吸附率分别为21%和95%，丁二酸改性后介孔氧化铝对重金属离子的吸附能力显著提高。
附图说明
图1为本发明实施例1制得介孔氧化铝的XRD照片；
图2为本发明实施例1中表面改性前介孔氧化铝的FESEM照片；
图3为本发明实施例1制得表面改性介孔氧化铝的FESEM照片；
图4为本发明实施例1制得表面改性介孔氧化铝的EDS面分析照片；
图5为本发明实施例1制得表面改性介孔氧化铝的EDS点分析照片。
具体实施方式
以下结合具体实施方式进一步对本发明的技术方案进行阐述。
实施例1：
一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、在三口烧瓶中加入乙腈和丁二酸，在磁力搅拌下，加热回流至完全溶解得溶液A，丁二酸加入量为乙腈重量的1/20，加热回流温度为60℃。
二、取表面富羟基的介孔β-Al2O3加入到溶液A中得混合物B，混合物B在磁力搅拌下，继续加热回流至反应完全，介孔氧化铝焙烧温度为500℃，介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的2倍，酯化反应温度为80℃，酯化反应时间为20h。
三、反应完全后冷却至室温，离心分离，去离子水洗涤2次，真空干燥温度为70℃，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。
实施例2：
一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、在三口烧瓶中加入乙腈和丁二酸，在磁力搅拌下，加热回流至完全溶解得溶液A，丁二酸加入量为乙腈重量的1/10，加热回流温度为60℃。
二、取表面富羟基的介孔β-Al2O3加入到溶液A中得混合物B，混合物B在磁力搅拌下，继续加热回流至反应完全，介孔氧化铝焙烧温度为700℃，介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的2倍，酯化反应温度为80℃，酯化反应时间为20h。
三、反应完全后冷却至室温，离心分离，去离子水洗涤2次，真空干燥温度为60℃，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。
实施例3：
一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、在三口烧瓶中加入乙腈和丁二酸，在磁力搅拌下，加热回流至完全溶解得溶液A，丁二酸加入量为乙腈重量的1/15，加热回流温度为65℃。
二、取表面富羟基的介孔β-Al2O3加入到溶液A中得混合物B，混合物B在磁力搅拌下，继续加热回流至反应完全，介孔氧化铝焙烧温度为500℃，介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的3倍，酯化反应温度为85℃，酯化反应时间为25h。
三、反应完全后冷却至室温，离心分离，去离子水洗涤2次，真空干燥温度为65℃，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。
实施例4：
一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、在三口烧瓶中加入乙腈和丁二酸，在磁力搅拌下，加热回流至完全溶解得溶液A，丁二酸加入量为乙腈重量的1/20，加热回流温度为70℃。
二、取表面富羟基的介孔β-Al2O3加入到溶液A中得混合物B，混合物B在磁力搅拌下，继续加热回流至反应完全，介孔氧化铝焙烧温度为700℃，介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的2.5倍，酯化反应温度为87℃，酯化反应时间为23h。
三、反应完全后冷却至室温，离心分离，去离子水洗涤3次，真空干燥温度为67℃，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。
实施例5：
一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
一、在三口烧瓶中加入乙腈和丁二酸，在磁力搅拌下，加热回流至完全溶解得溶液A，丁二酸加入量为乙腈重量的1/10，加热回流温度为60～70℃。
二、取表面富羟基的介孔β-Al2O3加入到溶液A中得混合物B，混合物B在磁力搅拌下，继续加热回流至反应完全，介孔氧化铝焙烧温度为600℃，介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的4倍，酯化反应温度为90℃，酯化反应时间为30h。
三、反应完全后冷却至室温，离心分离，去离子水洗涤3次，真空干燥温度为70℃，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂。
实验数据
利用实施例1-5制备得到丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水进行吸附处理，实验过程及结果如下所示：
1、将实施例1制备得到的介孔氧化铝吸附剂加入到铜离子废水中，丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂用量为铜离子废水中铜离子质量浓度的3倍，用氢氧化钠调上述铜离子废水溶液pH值为5，采用机械搅拌方式促进吸附，吸附时间为200min。吸附完全后，采用离心分离方式进行固液分离。丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水中铜离子的吸附率为97%。
2、将实施例2制备得到的介孔氧化铝吸附剂加入到铜离子废水中，丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂用量为铜离子废水中铜离子质量浓度的4倍，用氢氧化钠调上述铜离子废水溶液pH值为5，采用机械搅拌方式促进吸附，吸附时间为250min。吸附完全后，采用离心分离方式进行固液分离。丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水中铜离子的吸附率为98%。
3、将实施例3制备得到的介孔氧化铝吸附剂加入到铜离子废水中，丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂用量为铜离子废水中铜离子质量浓度的5倍，用氢氧化钠调上述铜离子废水溶液pH值为7，采用机械搅拌方式促进吸附，吸附时间为300min。吸附完全后，采用离心分离方式进行固液分离。丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水中铜离子的吸附率为99%。
4、将实施例4制备得到的介孔氧化铝吸附剂加入到铜离子废水中，丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂用量为铜离子废水中铜离子质量浓度的4倍，用氢氧化钠调上述铜离子废水溶液pH值为7，采用机械搅拌方式促进吸附，吸附时间为250min。吸附完全后，采用离心分离方式进行固液分离。丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水中铜离子的吸附率为98%。
5、将实施例5制备得到的介孔氧化铝吸附剂加入到铜离子废水中，丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂用量为铜离子废水中铜离子质量浓度的3倍，用氢氧化钠调上述铜离子废水溶液pH值为7，采用机械搅拌方式促进吸附，吸附时间为200min。吸附完全后，采用离心分离方式进行固液分离。丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂对铜离子废水中铜离子的吸附率为97%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，其特征在于：取乙腈和丁二酸，加热回流至丁二酸完全溶解，再加入介孔氧化铝，继续加热回流，反应完全后冷却，离心分离后真空干燥，得丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂；
丁二酸加入量为乙腈重量的1/10～1/20，控制加热回流温度为60～70℃，至丁二酸完全溶解；
所述介孔氧化铝为表面富羟基的β-Al2O3，介孔氧化铝的焙烧温度小于700℃；
所述介孔氧化铝加入量为丁二酸重量的2～4倍，控制反应温度为80～90℃，回流反应20～30h。
2.如权利要求1所述丁二酸表面改性介孔氧化铝吸附剂的制备方法，其特征在于：所述真空干燥的温度控制在60～70℃。
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