CN110102246A - 一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用 - Google Patents

一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用 Download PDF

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Abstract

一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，所述吸附剂为磁性层状双金属氢氧化物MnFe2O4/ZnFe‑LDH。所述吸附剂的制备方法包括，将适量Fe(NO3)3·9H2O和KMnO4溶解于乙二醇中；在磁力搅拌下滴加NH4Ac，搅拌均匀后转移至反应釜中反应；冷却至室温后进行磁分离，将固体沉淀物用去离子水和乙醇洗涤；烘干后获得MnFe2O4；称取适量MnFe2O4于去离子水中；超声得均匀悬浮液；称取适量ZnSO4和FeSO4·7H2O，溶解于蒸馏水中；磁力搅拌，滴加MnFe2O4均匀悬浮液和NaOH溶液；搅拌，向混合溶液中滴加双氧水；抽滤，固体沉淀物洗涤，烘干，研磨。本发明吸附剂用于处理含磷、铬废水，能解决含磷、铬废水对环境的污染问题。

Description

一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用
技术领域
本发明涉及一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用，属环境保护废水处理技术领域。
背景技术
在吸附剂的应用中，吸附剂的回收再利用一直是核心关键，近年来虽然有大量吸附效果很好的纳米吸附剂的报道，但是回收难的问题大大限制了纳米吸附剂的应用。层状双金属氢氧化物(LDH)，具有比表面积大、层间阴离子交换能力强、热稳定性好等优点，是一种具有广阔应用前景的吸附材料。铁氧体尖晶石具有热稳定性高、制备简单、耐腐蚀、磁性强等特点，近年来已成为功能材料领域的研究热点之一。在众多铁氧体尖晶石中，MnFe2O4具有较强磁性、吸附活性、化学性质稳定等优点，在低温煅烧或者水热合成下仍可保留磁性，从而可以从水中快速分离，因此在水处理领域得到了广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是，为了解决吸附剂的回收再利用的问题，本发明提出一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂及其除磷除铬应用。
本发明实现的技术方案，一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，所述吸附剂为磁性层状双金属氢氧化物MnFe2O4/ZnFe-LDH。
一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂制备方法，其具体步骤如下：
(1)准确称取4.04g Fe(NO3)3·9H2O和0.79g KMnO4(摩尔比Fe3+/Mn2+＝2:1)溶解于80ml乙二醇中；
(2)在300r/min磁力搅拌下缓慢滴加3.854g NH4Ac，搅拌均匀后转移至反应釜中；
(3)200℃下反应12h；
(4)冷却至室温后进行磁分离，将固体沉淀物用去离子水和乙醇洗涤数次；
(5)60℃烘干，获得MnFe2O4；
(6)准确称取0.2g MnFe2O4于100ml去离子水中；
(7)超声120min得均匀悬浮液；
(8)准确称取0.556g ZnSO4和1.7254g FeSO4·7H2O，溶解于30ml蒸馏水中；
(9)使用磁力搅拌器在持续搅拌的条件下，同时缓慢向混合溶液中滴加MnFe2O4均匀悬浮液和1.0mol/L的NaOH溶液，直至混合溶液pH达到7.5；
(10)在300r/min的转速下持续搅拌2小时；
(11)向混合溶液中滴加质量分数为6％的双氧水；
(12)在40℃条件下保存10小时；
(13)抽滤，并将获得的固体沉淀物使用去离子水洗涤至中性；
(14)60℃烘干，将固体沉淀物磁性分离后研磨过100目筛网。
所述Fe(NO3)3·9H2O与KMnO4的摩尔比Zn2+/Fe2+＝3:1。
所述ZnSO4与FeSO4·7H2O的摩尔比Zn2+/Fe2+＝3:1。
所述吸附剂适用于在pH为4～7的含磷、铬废水中吸附磷、铬。
所述吸附剂在不同浓度阴离子共存的条件下，对吸附磷的影响顺序为CO3 2—>SO4 2—>NO3 —>Cl—。
所述吸附剂在不同浓度阴离子共存的条件下，对吸附Cr(VI)的影响顺序为H2PO4 —>SO4 2—>NO3 —>Cl—。
本发明的有益效果是，本发明制备的磁性层状双金属氢氧化物MnFe2O4/ZnFe-LDH对磷和铬具有很好的吸附效果。将该吸附剂用于处理含磷铬废水，不仅能够很好地解决含磷铬废水对环境的污染问题，还提供了一种易回收吸附剂的制备方法，具有一定的经济效应和环境效应。
具体实施方式
实施例1
用水热法制备MnFe2O4。准确称取4.04g Fe(NO3)3·9H2O和0.79g KMnO4(摩尔比Fe3 +/Mn2+＝2:1)溶解于80ml乙二醇中，在磁力搅拌下缓慢滴加3.854g NH4Ac，搅拌均匀后转移至反应釜中，200℃下反应12h，冷却至室温后进行磁分离，将固体沉淀物用去离子水和乙醇洗涤数次，60℃烘干，得目标产物MnFe2O4。
准确称取0.2g MnFe2O4于100ml去离子水中，超声120min得均匀悬浮液。再准确称取0.556g ZnSO4和1.7254g FeSO4·7H2O(摩尔比Zn2+/Fe2+＝3:1)溶解于30ml蒸馏水中并持续搅拌，同时缓慢向混合溶液中滴加MnFe2O4均匀悬浮液和1.0mol/L的NaOH溶液，直至混合溶液pH达到7.5左右且基本保持不变，匀速搅拌2h，向混合溶液中滴加质量分数为6％的双氧水，将Fe2+氧化为Fe3+，40℃老化10h，将固体沉淀物磁性分离抽滤洗涤至中性，60℃烘干，研磨过100目得MnFe2O4/ZnFe-LDH。
取浓度为25mg/L的含磷模拟废水50ml放入具塞锥形瓶中，pH调为5，加入MnFe2O4/ZnFe-LDH 0.05g(1g/L)，在25℃、180r/min磁力搅拌器中搅拌4h，吸附后上清液用0.22μm的针管滤头过滤，计算出去除率为97.76％，吸附量为48.88mg/g。
实施例2
操作方法同实施例1。
取50mg/L的含磷模拟废水50ml放入具塞锥形瓶中，Cl—、NO3 —、SO4 2—、CO3 2—离子浓度分别为5、50mmol/L，溶液pH调为5，分别加入MnFe2O4/ZnFe-LDH0.05g(1g/L)，在25℃、180r/min磁力搅拌器中搅拌4h，吸附后上清液用0.22μm的针管滤头过滤，计算出不同浓度阴离子共存的条件下去除率分别为Cl—：94.2％，96.75％；NO3 —：88.41％，91.82％；SO4 2—：79.28％，88.59％；CO3 2—：91.56％，45.24％。得出共存阴离子对吸附磷的影响顺序为CO3 2—>SO4 2—>NO3 —>Cl—。
实施例3
操作方法同实施例1。
取20mg/L的含Cr(VI)模拟废水50ml于具塞锥形瓶中，pH调为7，加入MnFe2O4/ZnFe-LDH 0.05g(1g/L)，在25℃、180r/min磁力搅拌器中搅拌4h，吸附后上清液用0.22μm的针管滤头过滤，计算出去除率为96.87％，吸附量为13.84mg/g。
实施例4
操作方法同实施例1。
取20mg/L的含Cr(VI)模拟废水50ml于具塞锥形瓶中，Cl—、NO3 —、SO4 2—、H2PO4 —浓度分别为2、20mM，溶液pH调为7，分别加入MnFe2O4/ZnFe-LDH 0.07g(1.4g/L)，在25℃、180r/min磁力搅拌器中搅拌4h，吸附后上清液用0.22μm的针管滤头过滤，计算出不同浓度阴离子共存的条件下去除率分别为Cl—：94.88％，92.57％；NO3 —：90.79％，89.27％；SO4 2—：82.52％，53.48％；H2PO4 —：52.33％，24.53％。得出共存阴离子对吸附Cr(VI)的影响顺序为H2PO4 —>SO4 2—>NO3 —>Cl—。

Claims (6)

1.一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为磁性层状双金属氢氧化物MnFe2O4/ZnFe-LDH；
所述吸附剂制备方法步骤如下：
(1)准确称取4.04g Fe(NO3)3·9H2O和0.79g KMnO4(摩尔比Fe3+/Mn2+＝2:1)溶解于80ml乙二醇中；
(2)在300r/min磁力搅拌下缓慢滴加3.854g NH4Ac，搅拌均匀后转移至反应釜中；
(3)200℃下反应12h；
(4)冷却至室温后进行磁分离，将固体沉淀物用去离子水和乙醇洗涤数次；
(5)60℃烘干，获得MnFe2O4；
(6)准确称取0.2g MnFe2O4于100ml去离子水中；
(7)超声120min得均匀悬浮液；
(8)准确称取0.556g ZnSO4和1.7254g FeSO4·7H2O，溶解于30ml蒸馏水中；
(9)使用磁力搅拌器在持续搅拌的条件下，同时缓慢向混合溶液中滴加MnFe2O4均匀悬浮液和1.0mol/L的NaOH溶液，直至混合溶液pH达到7.5；
(10)在300r/min的转速下持续搅拌2小时；
(11)向混合溶液中滴加质量分数为6％的双氧水；
(12)在40℃条件下保存10小时；
(13)抽滤，并将获得的固体沉淀物使用去离子水洗涤至中性；
(14)60℃烘干，将固体沉淀物磁性分离后研磨过100目筛网。
2.根据权利要求1所述的一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述Fe(NO3)3·9H2O与KMnO4的摩尔比Zn2+/Fe2+＝3:1。
3.根据权利要求1所述的一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述ZnSO4与FeSO4·7H2O的摩尔比Zn2+/Fe2+＝3:1。
4.根据权利要求1所述的一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述吸附剂适用于在pH为4～7的含磷、铬废水中吸附磷、铬。
5.根据权利要求4所述的一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述吸附剂在不同浓度阴离子共存的条件下，对吸附磷的影响顺序为CO3 2—>SO4 2—>NO3 —>Cl—。
6.根据权利要求4所述的一种磁性层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于，所述吸附剂在不同浓度阴离子共存的条件下，对吸附Cr(VI)的影响顺序为H2PO4 —>SO4 2—>NO3 —>Cl—。
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