CN113000019A - 一种富Na-P沸石吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种富Na‑P沸石吸附剂及其制备方法和应用，具体包括以下步骤；步骤1：将天然斜发沸石和50mL、2～5mol/L的氢氧化钠溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液；得到的混合溶液中天然斜发沸石的浓度为50～150g/L；步骤2：将步骤1中得到的混合溶液于70～90℃条件下反应12～48h，后经抽滤、洗涤、干燥得到富Na‑P沸石吸附剂；本发明通过此方法将天然斜发沸石中的沸石矿物转化为Na‑P沸石，从而提升其在水中对重金属离子的去除效果。
Description
技术领域
本发明属于天然沸石改性技术领域，具体涉及一种富Na-P沸石吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
天然沸石是一类重要的环境矿物材料，因其丰富的储量、良好的性能和较大的环境应用潜力而备受关注，如今已在污水处理、土壤修复和空气净化得到应用。天然沸石的种类较多，其中天然斜发沸石最为常见，目前的研究和应用相对较为深入。然而，天然斜发沸石的硅铝比为4～6，属中硅沸石，且含有大量石英、长石、伊利石等杂质矿物，导致其离子交换性能和重金属离子去除功效相对不佳，从而使其大规模推广受阻。为此，研究者采用选矿提纯、酸碱改性、功能基团/纳米离子修饰等天然斜法沸石改性处理，但上述手段未改变斜发沸石的晶体结构类型，所得改性沸石中斜发沸石的性能和污染物处理功效有限。
Na-P型沸石是一种具有低硅铝比和优异离子交换性能的沸石，其可用于水中多种离子如NH4 +、Zn2+、Mn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Mn2+等的高效去除。近年来，部分研究者利用水热改性等方法对天然斜发沸石进行改性处理，发现天然斜发沸石中的沸石矿物可在水热条件转化为Na-P型沸石的吸附剂((Y.F.Wang,Journal of Hazardous Materials 166(2009)1014–1019)，所得材料具有优异的离子交换性能。然而，水热改性方法存在工艺设备复杂，成本高等缺陷，使其大规模推广应用受到极大限制。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种制备工艺简单、成本低以及易于工业化生产的富Na-P沸石吸附剂及其制备方法和应用，通过此方法将天然斜发沸石中的沸石矿物转化为Na-P沸石，从而提升其在水中对重金属离子等污染物的处理功效。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种富Na-P沸石吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤；
步骤1：将天然斜发沸石和50mL、2～5mol/L的氢氧化钠溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液；得到的混合溶液中天然斜发沸石的浓度为50～150g/L；
步骤2：将步骤1中得到的混合溶液于70～90℃条件下反应12～48h，后经抽滤、洗涤、干燥得到富Na-P沸石吸附剂。
进一步地，所述步骤1中天然斜发沸石的SiO2/Al2O3比为4.2。
进一步地，所述步骤1中的搅拌采用160rpm的恒温振荡器进行振荡处理。
一种富Na-P沸石吸附剂，该吸附剂中的SiO2/Al2O3比为2.5～3.4。
本发明提供上述富Na-P沸石吸附剂在水中高效去除多种重金属离子的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过将天然斜发沸石与氢氧化钠溶液混合，在指定温度内反应一段时间得到富Na-P沸石吸附剂，使得该制备工艺操作步骤少，操作简单易行，反应条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。
2)本发明制备得到的富Na-P沸石吸附剂，主要含Na-P沸石，不含斜发沸石相，SiO2/Al2O3比为2.5～3.4，结构中硅(铝)醇基基团含量相对较高。
3)本发明制备得到的富Na-P沸石吸附剂对水中多种重金属离子如Cd2+、Cr3+、Cu2+等具有优异的去除效果。
附图说明
图1是本发明实施例1中天然斜发沸石和3mol/L碱处理沸石的XRD图谱；
图2是本发明实施例1中天然斜发沸石和3mol/L碱处理沸石的FTIR图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种富Na-P沸石吸附剂的制备方法，具体包括以下制备过程，取50mL浓度为3mol/L氢氧化钠溶液置于氟化聚四氟乙烯瓶中，加入5g天然斜发沸石(SiO2/Al2O3为4.2)，之后将其置于恒温振荡器中，在振荡速度为160rpm、80℃条件下反应48h；经抽滤、充分洗涤、干燥后得到富Na-P沸石吸附剂。
由图1可以看出，本发明通过上述方法制备得到的富Na-P沸石吸附剂，主要含Na-P沸石，不含斜发沸石。
由图2可以看出，本发明通过上述方法制备得到的富Na-P沸石吸附剂，SiO2/Al2O3比为2.9，结构中硅(铝)醇基基团含量相对较高。
取25mg上述制备得到的富Na-P沸石吸附剂分别加入25mL浓度为50mg/L的Cd2+和Cu2+离子溶液中，在室温下混合搅拌2h。吸取一定量的上清液，经高速离心后，采用电感耦合等离子发射光谱测试溶液中离子的浓度。结果显示，吸附剂对Cd2+、Cu2+、Cr3+的吸附容量分别为49.9mg/g、44.0mg/g、34.6mg/g，相较于天然斜发沸石分别提高9.8、14.9和16.6倍；经实验得出结论，富Na-P沸石吸附剂对水中多种重金属离子如Cd2+、Cr3+、Cu2+等具有优异的去除效果。
实施例2～15：制备方法同实施例1，各实施例的条件、样品的物相组成、SiO2/Al2O3比、样品对Cd2+、Cu2+和Cr3+的吸附容量见表1。
表1为实施例2～15的配比及条件表
Claims (5)
1.一种富Na-P沸石吸附剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤；
步骤1：将天然斜发沸石和50mL、2～5mol/L的氢氧化钠溶液混合，搅拌均匀得到混合溶液；得到的混合溶液中天然斜发沸石浓度为50～150g/L；
步骤2：将步骤1中得到的混合溶液于70～90℃条件下反应12～48h，后经抽滤、洗涤、干燥得到富Na-P沸石吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种富Na-P沸石吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中天然斜发沸石的SiO2/Al2O3比为4.2。
3.根据权利要求1所述的一种富Na-P沸石吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的搅拌采用160rpm的恒温振荡器进行振荡处理。
4.一种根据权利要求1所述制备方法制得的富Na-P沸石吸附剂，其特征在于：该吸附剂中的SiO2/Al2O3比为2.5～3.4。
5.根据权利要求4所述富Na-P沸石吸附剂在水中高效去除多种重金属离子的应用。
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