CN113694874B - 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113694874B
CN113694874B CN202111024020.9A CN202111024020A CN113694874B CN 113694874 B CN113694874 B CN 113694874B CN 202111024020 A CN202111024020 A CN 202111024020A CN 113694874 B CN113694874 B CN 113694874B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
zirconium
adsorbent
solution
ethanol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111024020.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113694874A (zh
Inventor
花铭
胡煜
宋学玮
潘丙才
张炜铭
吕路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University
Original Assignee
Nanjing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University filed Critical Nanjing University
Priority to CN202111024020.9A priority Critical patent/CN113694874B/zh
Publication of CN113694874A publication Critical patent/CN113694874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113694874B publication Critical patent/CN113694874B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0211Compounds of Ti, Zr, Hf
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/105Phosphorus compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/20Heavy metals or heavy metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/16Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from metallurgical processes, i.e. from the production, refining or treatment of metals, e.g. galvanic wastes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钛锆吸附剂及其制备方法与该吸附剂的应用,属于废水处理及环境功能材料领域,制备方法包括:S1将TiCl4溶解在乙醇‑浓盐酸混合溶液中;S2向步骤S1得到的溶液中加入ZrOCl2·8H2O粉末和水,搅拌至ZrOCl2·8H2O粉末溶解,形成锆钛离子溶液;控制所述乙醇‑浓盐酸混合溶液中乙醇的量,使锆钛离子溶液的电导率小于60mS/cm;S3将预处理后的树脂添加至所述步骤S2的锆钛离子溶液,搅拌得到载入锆和钛的树脂溶液;S4向载入锆和钛的树脂溶液中加入沉淀剂、转型剂,搅拌、过滤、洗涤得到钛锆吸附剂。本发明的一步法通过调节溶液电导率的方法在树脂孔道内同时负载钛和锆,简化了制备步骤,缩短了反应周期,提高了钛锆双金属的负载率。

Description

一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于废水处理及环境功能材料领域,更具体地说,涉及一种工序简单的新型钛锆吸附剂及其制备方法与应用,该钛锆吸附剂可应用于重金属废水或电镀废水中的铜离子、焦磷酸盐、焦磷酸铜等污染物的去除,进行同步铜、磷污染物吸附。
背景技术
金属氧化物和水合金属氧化物,如金属氧化锆、金属氧化钛等被广泛研究用作重金属吸附剂。大量研究表明,纳米化金属氧化物比表面积大,表面具有丰富的羟基官能团,能够抵抗多种共存盐离子的干扰,因此金属氧化物不仅对重金属具有高吸附容量,还表现出了较好的吸附选择性。“一种重金属离子吸附材料及其制备方法和应用”(中国专利申请公开号CN111992187A)公开了一种含纳米铁氧化物的重金属离子吸附材料,该吸附剂可应用于铅、镍、镉、钴、铜、镁、锌等重金属吸附去除;“一种用于去除水中重金属离子的生物质基吸附材料及其制备方法和应用”(中国专利申请公开号:CN107175080A),该生物质基吸附材料负载了纳米氧化铁颗粒,对铅等重金属有着不错的去除效果。
虽然树脂基纳米复合材料展现出对重金属等水中的污染物具有优异的吸附性能,但是现有技术中,负载单金属的纳米复合材料无法对磷、重金属如铜等有较好的同步吸附效果,不具有同时而且高效的去除磷和铜的能力。实际上,在电镀工艺中,磷和铜往往是同时存在的。比如含焦磷酸铜络合阴离子的碱性镀铜,在焦磷酸铜电镀工艺过程中会产生大量的焦磷酸盐镀铜废水。
焦磷酸铜工艺废水中主要含有重金属铜、磷。铜不易降解、易累积,排入水体中会通过沉淀溶解、氧化还原、形成胶体、吸附解吸等物理化学作用迁移转化,最终以一种或数种稳定形态存在,造成水生生态系统的破坏,严重影响水生动植物的生长发育;铜作为细胞中多种金属酶和蛋白质的重要组成部分,参与电子传递、氧化还原等重要反应,但大量富集达到一定阈值时,会对生物造成不可逆的有害影响,或是影响微生物的群落结构和功能,以及引起细菌重金属抗性基因的表达,造成对铜的耐受性提高等。铜随食物链进入人体还会造成肝、肾和神经系统等受损,血红蛋白降低,胃肠道中毒等症状,严重影响健康。磷进入水环境中则会引起水体富营养化,藻类大量繁殖,导致水中溶解氧含量降低,破坏水生生态系统等影响。同时,电镀废水排放标准中对总铜和总磷排放也有严格的限制。
目前,同步吸附去除污染的方法多为进行多金属纳米负载法,例如“一种用于同步深度去除水中磷和氟的树脂基复合吸附剂及制备方法”(中国专利申请公开号:CN106268701A),公开了一种钛锆双金属负载树脂的方法:通过间歇式负载法,先负载钛元素到树脂上,得到载钛树脂,再负载锆元素到载钛树脂上,得到载钛锆树脂,利用该法制备钛锆纳米复合材料,原因在于制备材料用到的四氯化钛试剂遇水会发生如下反应:
Ti4++2H2O→TiO2↑+4H+
四氯化钛遇水会产生挥发性的二氧化钛粉末,造成药剂浪费、负载效果差,但是氧氯化锆必须在水中才能溶解,进行负载,所以该法只能通过不连续的分步法进行负载制备纳米复合材料,制得的树脂虽然能够同步去除饮用水、工艺废水中的磷和氟污染物,但是负载方法复杂,合成周期较长。而且钛锆两种金属元素在水溶液的存在形式为[Ti4(OH)8(OH2)16]8+、[Zr4(OH)8(OH2)16]8+,因为强碱性阴离子交换树脂D201上含有带正电的季铵基(-N+(CH3)4),相同电荷相互排斥,Ti4+、Zr4+在溶液难以浸渍到树脂中,间接导致负载率下降。因此如何将钛、锆两种金属氧化物整体、高效地负载于树脂中,制备同步去除电镀废水中重金属铜离子和磷酸盐吸附剂仍然是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有两步法制备钛锆吸附剂流程复杂,反应周期长的问题,本发明提供一种工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法,采用一步法,通过调节溶液电导率的方法在树脂孔道内同时负载钛和锆,简化了制备步骤,缩短了反应周期,提高了钛锆双金属的负载率,该钛锆吸附剂可应用于重金属废水或电镀废水中的铜离子、焦磷酸盐、焦磷酸铜等污染物的同步去除,极大的提高了吸附性能。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种钛锆吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
S1将TiCl4溶解在乙醇-浓盐酸混合溶液中;
S2向步骤S1得到的溶液中加入ZrOCl2·8H2O粉末和水,搅拌至ZrOCl2·8H2O粉末溶解,形成锆钛离子溶液;
控制所述乙醇-浓盐酸混合溶液中乙醇的量,使锆钛离子溶液的电导率小于60mS/cm;
S3将预处理后的树脂添加至所述步骤S2的锆钛离子溶液,搅拌得到孔道中载入锆和钛的树脂溶液;
S4向孔道中载入锆和钛的树脂溶液中加入沉淀剂、转型剂,搅拌、过滤、洗涤得到钛锆吸附剂。
通过控制乙醇-浓盐酸混合溶液中乙醇的量,使锆钛离子溶液的电导率小于60mS/cm;能有效改善Ti4+、Zr4+与季铵基(-N+(CH3)4),相同电荷相互排斥问题,提高钛锆负载率。
该钛锆吸附剂制备方法为整体连续性负载法,通过原位沉淀-离子交换工序将纳米钛锆水合氧化物颗粒负载到树脂上,所述钛锆吸附剂制备方法制备总时长约为12~20小时。
优选地,所述步骤S2中锆钛离子溶液的电导率为25~40mS/cm。
优选地,所述步骤S1中乙醇-浓盐酸混合溶液中乙醇与浓盐酸的体积比为(20~10):1,所述浓盐酸的质量分数为5%,乙醇-浓盐酸混合溶液的pH为1~2。
优选地,所述步骤S2中去离子水投加量为6%~30%,加入水的量为将ZrOCl2·8H2O溶解的用量。
优选地,所述步骤S1中的溶解在0~5℃进行;和/或
所述步骤S3中搅拌的条件具体为,在30~50℃下连续搅拌12~15小时。
优选地,所述步骤S1中钛的投加量与所述步骤S2中锆的投加摩尔量之比为1:(1~3)。
优选地,所述步骤S4中沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种;所述转型剂选自氯化钠、氯化钾中的一种。
优选地,所述步骤S4中加入氢氧化钠、氯化钠粉末质量比分别占溶液的质量比为5~7%。
本发明还提供一种采用上述方法制备的钛锆吸附剂,所述钛锆吸附剂中钛和锆的总负载率为5.1%~13.9%。
优选地,所述钛锆吸附剂中钛的负载率为2.0~5.2%,锆的负载率为3.9~8.7%。
优选地,所述步骤S3中树脂为强碱性阴离子交换树脂D201。
优选地,所述步骤S4中得到的钛锆吸附剂直径为0.88mm~1.26mm,所述钛锆吸附剂中的负载上的钛锆纳米颗粒为无定形,所述的钛锆纳米颗粒的粒径为26~50nm,所述的钛锆纳米颗粒的总负载率为5.9%~13.9%。
本发明进一步提供上述的钛锆吸附剂在吸附铜和/或磷污染物中的应用,包括以下步骤:
1)去除污染的方法采用传统的瓶点法,反应器为50mL离心管;
2)称取相应份数的利用本发明前述工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法制备的钛锆吸附剂A与现有技术制备的钛锆吸附剂B(中国专利授权公告号:CN106268701B实施例5)加入步骤1)中的含污染物的离心管中;
3)放置摇床中,反应20~24小时,反应温度为25℃,测量、对比去除率、吸附容量。
优选地,所述步骤1)中的污染物为焦磷酸铜、焦磷酸盐、铜离子,溶液pH为8.5~9。
优选地,所述步骤2)钛锆吸附剂A、B的投加量为0.5g/L。
优选地,所述步骤3)摇床转速为180rmp。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)针对现有两步法制备钛锆吸附剂流程复杂,反应周期长的问题,发明出一种工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法,通过控制乙醇-浓盐酸混合溶液中乙醇的量,使锆钛离子溶液的电导率小于60mS/cm;能有效改善Ti4+、Zr4+与季铵基(-N+(CH3)4)之间相同电荷相互排斥问题,提高钛锆负载率,其特点是运用整体连续负载法,将钛、锆元素作为整体一步法负载于载体上:如实施例5,该制备方法相比现有技术间歇式负载法,减少反应时长至24~55小时;
(2)通过降低溶液电导率,解决了[Ti4(OH)8(OH2)16]8+、[Zr4(OH)8(OH2)16]8+负载时与强碱性阴离子交换树脂D201上含有带正电的季铵基(-N+(CH3)4)产生排斥作用的问题,如实施例1,增加溶液乙醇浓度,正电性离子含量减少,整体溶液趋于呈电中性,大大提高了负载率,该钛锆吸附剂A的总负载率为13.9%,较现有技术制备的钛锆吸附剂B(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)提升了6倍。
(3)本发明制备得到的钛锆吸附剂是一种新型吸附剂,将纳米水合氧化钛、锆固载至强碱性阴离子交换树脂D201中,基于Donnan理论,可将聚合物基体的预浓缩效应、纳米水合氧化钛、锆的吸附选择性性能有机结合在一起,能高效地、有选择性地同步去除铜、磷污染物,避免了化学沉淀法中产污泥量大的问题,膜分离法、氧化破络法、电化学沉积法成本高、操作复杂的问题,同时也避免了一般的吸附剂吸附选择性不强的缺陷,极具经济型、高效性。
(4)本发明的钛锆吸附剂可以解决电镀废水中铜、磷污染物共存,难以同步去除的问题,该钛锆吸附剂可应用于重金属废水或电镀废水中的铜离子、焦磷酸盐、焦磷酸铜等污染物的同步去除,可以有效地同步去除电镀废水中铜、磷污染物,适用于电镀行业中含铜和焦磷酸尾水的深度处理;钛锆吸附剂结合了强碱性阴离子交换树脂选择性吸附磷以及纳米水合氧化钛、锆与重金属离子结合能力强、选择性好及比表面积大的优势,在二者的协同作用下,如实施例中所述,钛锆吸附剂对废水中重金属吸附容量高,吸附选择性强,与现有技术相比提升了18%~54.5%,可应用于重金属废水同步除铜、除磷处理当中。
附图说明
图1为反应溶液乙醇含量与电导率(正电荷)关系图;
图2为锆钛离子溶液电导率与钛锆负载率的关系;
图3为本发明的实施例4中制备的钛锆吸附剂外观示意图;
图4为本发明的实施例4中制备的钛锆吸附剂XRD图谱;
图5为实施例6本发明的钛锆吸附剂A与现有技术(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)制备的钛锆吸附剂B同步吸铜(左)、磷(右)污染物的吸附容量;
图6为实施例7本发明的钛锆吸附剂A与现有技术(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)制备的钛锆吸附剂B同步吸焦磷酸铜污染物的吸附选择性性能图。
具体实施方式
实施例1
一种工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法,钛锆吸附剂采用整体连续负载法合成,具体步骤为:
S1首先配制锆钛离子溶液:在500ml烧杯中加入250ml乙醇,15ml盐酸,将烧杯放入冰水浴锅中,在不断搅拌中加入20ml TiCl4溶液,搅拌至不产生烟雾、溶液呈淡黄色即停止;
S2随后加入60g ZrOCl2·8H2O(钛锆摩尔比为1:1),加入20mL去离子水,继续搅拌至全部溶解。此时,溶液中钛离子浓度为9g/L,锆离子浓度为17g/L,盐酸浓度为4.9%,乙醇浓度为82.0%,测量溶液电导率为29mS/cm。
实施例2
本对比例的步骤与实施例1基本相同,保持溶液中钛离子浓度为9g/L,锆离子浓度为17g/L,盐酸浓度为4.9%,钛锆摩尔比为1:1。不同之处在于:步骤S1中乙醇、盐酸、TiCl4溶液的加入量分别为:250ml乙醇,21ml盐酸,27ml TiCl4溶液;步骤S2中ZrOCl2·8H2O的加入量为82.6g,去离子水122ml。
乙醇浓度为59.5%,测得溶液的电导率为51mS/cm。
对比例A
本对比例的步骤与实施例1基本相同,保持溶液中钛离子浓度为9g/L,锆离子浓度为17g/L,盐酸浓度为4.9%,钛锆摩尔比为1:1。不同之处在于:步骤S1中乙醇、盐酸、TiCl4溶液的加入量分别为:250ml乙醇,28ml盐酸,37ml TiCl4溶液;步骤S2中ZrOCl2·8H2O的加入量为111.93g,去离子水254ml。
乙醇浓度为43.9%,测得溶液的电导率为94mS/cm。
对比例B
本对比例的步骤与实施例1基本相同,保持溶液中钛离子浓度为9g/L,锆离子浓度为17g/L,盐酸浓度为4.9%,钛锆摩尔比为1:1。不同之处在于:步骤S1中乙醇、盐酸、TiCl4溶液的加入量分别为:250ml乙醇,55ml盐酸,73ml TiCl4溶液;步骤S2中ZrOCl2·8H2O的加入量为218.9g,去离子水735ml。
乙醇浓度为22.4%,测得溶液的电导率为111mS/cm。
如图1所示,实施例1、实施例2及对比例A、B中锆钛离子溶液电导率与溶液乙醇浓度的关系,随着溶液中乙醇浓度升高,溶液电导率从111mS/cm下降到29mS/cm,溶液中游离离子减少,整体溶液呈电中性,[Ti4(OH)8(OH2)16]8+、[Zr4(OH)8(OH2)16]8+正电性离子含量减少,负载时不会与强碱性阴离子交换树脂D201上含有的带正电的季铵基(-N+(CH3)4)产生排斥作用。
实施例3
本实施例为将实施例1、实施例2及对比例A、B中钛锆离子溶液,制备的新型钛锆吸附剂的方法,包括以下步骤:
S3称取20g杭州争光树脂厂出品的强碱性阴离子交换树脂D201,投加到锆钛离子溶液中,设置温度为50℃,再以180rpm速度在封闭条件下搅拌12小时;
S4然后,分别向实施例1、实施例2及对比例A、B的溶液中投加15g氢氧化钠与15g氯化钠、21g氢氧化钠与21g氯化钠、28g氢氧化钠与28g氯化钠、56g氢氧化钠与56g氯化钠,保持投加氢氧化钠与氯化钠量为质量比5%。设置温度为50℃,并以180rpm的速度搅拌3小时;搅拌完成后的树脂滤出,并用大量清水清洗直至呈现中性,将钛锆吸附剂置于60℃的烘箱中干燥,即得该钛锆吸附剂。
如图2所示,实施例1中该钛锆吸附剂的总负载率为13.9%,其中钛的负载率为5.2%,锆的负载率为8.7%。实施例2中该钛锆吸附剂的总负载率为10.4%,其中钛的负载率为4.0%,锆的负载率为6.4%,对比例A中该钛锆吸附剂的总负载率为6.7%,其中钛的负载率为3.0%,锆的负载率为3.7%,对比例B中该钛锆吸附剂的总负载率为5.9%,其中钛的负载率为2.0%,锆的负载率为3.9%。
申请人研究发现,随着乙醇浓度的增加,溶液电导率从111mS/cm下降到29mS/cm,游离离子的比例相应减少,负载率也随之上升,实施例1、实施例2及对比例A、B中制备的钛锆吸附剂的总负载率为5.9%~13.9%。
实施例4
一种工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法,钛锆吸附剂采用整体连续负载法合成,具体步骤为:
S1首先配置锆钛离子溶液:在500ml烧杯中加入250ml乙醇,20ml盐酸,将烧杯放入冰水浴锅中,在不断搅拌中加入40ml TiCl4溶液,搅拌至不产生烟雾、溶液呈淡黄色即停止;
S2随后加入80g ZrOCl2·8H2O(钛锆摩尔比为1:0.77),加入20ml去离子水,继续搅拌至全部溶解;测量溶液电导率,为20mS/cm;
S3称取20g杭州争光树脂厂出品的强碱性阴离子交换树脂D201,投加到锆钛离子溶液中,设置温度为50℃,再以180rpm速度在封闭条件下搅拌12小时;
S4然后,向溶液中投加15g氢氧化钠与15g氯化钠,设置温度为50℃,并以180rpm的速度搅拌3小时;搅拌完成后的树脂滤出,并用大量清水清洗直至呈现中性,将钛锆吸附剂置于60℃的烘箱中干燥,即得该钛锆吸附剂。该钛锆吸附剂的总负载率为9.3%,其中钛的负载率为3.2%,锆的负载率为6.1%,吸附剂外观示意图、XRD图谱如图3、图4所示,钛锆吸附剂负载上的金属为无定形。
实施例5
一种工序简单的新型钛锆吸附剂制备方法,钛锆吸附剂采用整体连续负载法合成,具体步骤为:
S1首先配制锆钛离子溶液:在500ml烧杯中加入250ml乙醇,15ml盐酸,将烧杯放入冰水浴锅中,在不断搅拌中加入50ml TiCl4溶液,搅拌至不产生烟雾、溶液呈淡黄色即停止;
S2随后加入110g ZrOCl2·8H2O(钛锆摩尔比为1:0.70),加入20ml去离子水,继续搅拌至全部溶解;测量溶液电导率,为25mS/cm;
S3称取20g杭州争光树脂厂出品的强碱性阴离子交换树脂D201,投加到锆钛离子溶液中,设置温度为50℃,再以180rpm速度在封闭条件下搅拌12小时;
S4然后,向溶液中投加15g氢氧化钠与20g氯化钠,设置温度为40℃,并以180rpm的速度搅拌3小时;搅拌完成后的树脂滤出,并用大量清水清洗直至呈现中性,将钛锆吸附剂置于60℃的烘箱中干燥4小时,即得该钛锆吸附剂。该钛锆吸附剂的总负载率为13.1%,其中钛的负载率为4.5%,锆的负载率为8.6%,总合成时间为19小时,相比现有技术(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)74小时,缩短了55小时的合成时间。
实施例6
本实施例为将实施例4中制备的吸附剂用于电镀废水同步去除铜、磷污染物,包括以下步骤:
(1)取用100mg/L焦磷酸铜储备液分别于容量瓶中稀释至标线制配5mg/L、10mg/L、25mg/L、50mg/L和80mg/L的焦磷酸铜溶液;
(2)分别取25支50ml离心管分为两组用于对比本发明制备的钛锆吸附剂A与现有技术制备的钛锆吸附剂B(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)、强碱性阴离子交换树脂D201的吸附性能,每组反应器分别加入0.02g吸附材料;
(3)每一组的五只离心管分别用40ml移液管移入不同浓度的焦磷酸铜溶液,将25支反应器放入恒温搅拌器中,设置搅拌的温度为25℃、搅拌速度为180rmp,开始振荡使吸附剂与吸附液充分接触;
(4)24h后取出25支离心管,静置10min后使用针管抽取其中的混合液并用0.45μm的滤膜对溶液进行过滤,测定各样品的含铜离子量。
如图5所示,钛锆吸附剂A对磷和铜的吸附容量分别为22.5mg/g和61.2mg/g,吸附容量较现有技术制备的钛锆吸附剂B提升了18%~54.5%。
实施例7
本实施例为将实施例5中制备的吸附剂用于选择性同步去除铜、磷污染物的方法,包括以下步骤:
NO3 -离子对吸附实验的影响:
(1)取5个100ml容量瓶,分别加入0.685g、1.370g、2.740g、6.850g以及13.700g硝酸钠固体,而后各加入100mg/L焦磷酸铜储备液10ml,使用去离子水定容;
(2)取5支40ml反应器,分别加入20ml含有不同浓度硝酸钠的混合溶液,将5支反应器放入水浴摇床中,设置温度为25℃,开始振荡;
(3)20小时后取样,测定其含铜量。
本发明的钛锆吸附剂A与现有技术制备的钛锆吸附剂B(中国专利申请公开号:CN106268701A的实施例5)同步吸焦磷酸铜污染物的吸附选择性如图6,硝酸根浓度为1mol/L时,钛锆吸附剂A对焦磷酸铜的吸附率约为47.5%,吸附率较现有技术制备的钛锆吸附剂B提升了20%。
以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述,该描述没有限制性,实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的实施方式并不局限于此。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实施方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1将TiCl4溶解在乙醇-盐酸混合溶液中;
S2向步骤S1得到的溶液中加入ZrOCl2·8H2O粉末和水,搅拌至ZrOCl2·8H2O粉末溶解,形成锆钛离子溶液;
控制所述乙醇-盐酸混合溶液中乙醇的量,使锆钛离子溶液的电导率小于60mS/cm;
S3将预处理后的树脂添加至所述步骤S2的锆钛离子溶液,搅拌得到载入锆和钛的树脂溶液;
S4向载入锆和钛的树脂溶液中加入沉淀剂、转型剂,搅拌、过滤、洗涤得到钛锆吸附剂。
2.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中锆钛离子溶液的电导率为25~40mS/cm。
3.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中乙醇-盐酸混合溶液中乙醇与盐酸的体积比为(10~20):1,所述盐酸的质量分数为5%,乙醇-盐酸混合溶液的pH为1~2。
4.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中加入水的量为将ZrOCl2·8H2O溶解的用量。
5.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中的溶解在0~5℃进行;和/或
所述步骤S3中搅拌的条件具体为,在30~50℃下连续搅拌12~15小时。
6.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中钛与所述步骤S2中锆的投加物质的量之比为1:(1~3)。
7.根据权利要求1所述的钛锆吸附剂的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种;所述转型剂选自氯化钠、氯化钾中的一种。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述制备方法得到的钛锆吸附剂,其特征在于,所述钛锆吸附剂钛和锆的总负载率为5.1%~13.9%。
9.根据权利要求8所述的钛锆吸附剂,其特征在于,所述钛锆吸附剂中钛的负载率为2.0~5.2%,锆的负载率为3.9~8.7%。
10.权利要求8所述的钛锆吸附剂在吸附铜和/或磷污染物中的应用。
CN202111024020.9A 2021-09-02 2021-09-02 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用 Active CN113694874B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111024020.9A CN113694874B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111024020.9A CN113694874B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113694874A CN113694874A (zh) 2021-11-26
CN113694874B true CN113694874B (zh) 2022-07-12

Family

ID=78657199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111024020.9A Active CN113694874B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113694874B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114735781A (zh) * 2022-04-26 2022-07-12 山西中鼎云铸科技有限公司 一种中性或弱酸性溶液中除氟的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4284726A (en) * 1978-05-13 1981-08-18 Yasumasa Shigetomi Composite anion adsorbent and method for making same
US4362626A (en) * 1979-08-16 1982-12-07 Takeda Chemical Industries, Ltd. Ion exchanger of hydrated oxide of Ti, Zr, or Sn and cured polyester, and exchange method
JPH11262661A (ja) * 1998-03-19 1999-09-28 Unitika Ltd ラジウム吸着剤、その製造方法及びそれを用いたラジウム含有廃水の処理方法
CN1692180A (zh) * 2002-02-28 2005-11-02 斯图加特大学 复合材料和复合材料膜
CN101143311A (zh) * 2007-07-10 2008-03-19 南京大学 一种基于纳米颗粒无机功能剂的环境功能复合材料
JP2008207095A (ja) * 2007-02-26 2008-09-11 Hiroshima Univ リン捕集装置ユニット及び該ユニットを用いたリン捕集・回収方法並びにリン捕集・回収装置
CN106268701A (zh) * 2016-10-08 2017-01-04 南京工业大学 一种用于同步深度去除水中磷和氟的树脂基复合吸附剂及制备方法
CN107457000A (zh) * 2017-05-23 2017-12-12 南京大学 一种新型双功能树脂基纳米复合材料制备方法、复合材料及一种水体深度除三价砷的方法
JP2018021090A (ja) * 2016-08-01 2018-02-08 Sdpグローバル株式会社 吸収性樹脂粒子及びその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL145676B1 (en) * 1985-08-30 1988-10-31 Inst Chemii Tech Jadrowej Method of obtaining composite ion exchangers

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4284726A (en) * 1978-05-13 1981-08-18 Yasumasa Shigetomi Composite anion adsorbent and method for making same
US4362626A (en) * 1979-08-16 1982-12-07 Takeda Chemical Industries, Ltd. Ion exchanger of hydrated oxide of Ti, Zr, or Sn and cured polyester, and exchange method
JPH11262661A (ja) * 1998-03-19 1999-09-28 Unitika Ltd ラジウム吸着剤、その製造方法及びそれを用いたラジウム含有廃水の処理方法
CN1692180A (zh) * 2002-02-28 2005-11-02 斯图加特大学 复合材料和复合材料膜
JP2008207095A (ja) * 2007-02-26 2008-09-11 Hiroshima Univ リン捕集装置ユニット及び該ユニットを用いたリン捕集・回収方法並びにリン捕集・回収装置
CN101143311A (zh) * 2007-07-10 2008-03-19 南京大学 一种基于纳米颗粒无机功能剂的环境功能复合材料
JP2018021090A (ja) * 2016-08-01 2018-02-08 Sdpグローバル株式会社 吸収性樹脂粒子及びその製造方法
CN106268701A (zh) * 2016-10-08 2017-01-04 南京工业大学 一种用于同步深度去除水中磷和氟的树脂基复合吸附剂及制备方法
CN107457000A (zh) * 2017-05-23 2017-12-12 南京大学 一种新型双功能树脂基纳米复合材料制备方法、复合材料及一种水体深度除三价砷的方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Brennan, PJ et al..Effect of Post-Functionalization Conditions on the Carbon Dioxide Adsorption Properties of Aminosilane-Grafted Zirconia/Titania/Silica-Poly(amide-imide) Composite Hollow Fiber Sorbents.《Energy Technology》.2017, *
Chakravarty, R et al..Polymer Embedded Nanocrystalline Titania Sorbent for Mo-99-Tc-99m Generator.《Journal Of Nanoscience And Nanotechnology》.2008, *
Mal"tseva, TV et al..Hybrid adsorbents based on hydrated oxides of Zr(IV), Ti(IV), Sn(IV), and Fe(III) for arsenic removal.《Journal Of Water Chemistry And Technology》.2017, *
Pan, BC et al..Selective heavy metals removal from waters by amorphous zirconium phosphate: Behavior and mechanism.《Water Research》.2007, *
李石.三维有序大孔材料的制备、表征与应用性研究.《中国博士学位论文全文数据库》.2009, *
董浩等.树脂基纳米复合材料吸附水中As(Ⅲ)的性能比较研究.《离子交换与吸附》.2017, *
陈家凯等.树脂基纳米钛锆氧化物复合吸附剂同步去除水中磷和氟.《环境科学》.2016, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113694874A (zh) 2021-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. Elaborate design of polymeric nanocomposites with Mg (ii)-buffering nanochannels for highly efficient and selective removal of heavy metals from water: case study for Cu (ii)
Ni et al. Honeycomb-like Ni@ C composite nanostructures: synthesis, properties and applications in the detection of glucose and the removal of heavy-metal ions
CN103769058B (zh) 碳化壳聚糖吸附剂的制备方法、产品及应用方法
CN111545171B (zh) 一种耐酸性的选择性吸附六价铬的Zr-MOF材料的制备方法
WO2012096346A1 (ja) ヒ素イオン吸着性化合物を担持したナノ構造物およびそれを用いたヒ素イオン回収方法
JP5352853B1 (ja) 放射性Cs汚染水の処理方法
CN109876779B (zh) 一种纳米介孔Fe3O4-壳聚糖核壳交联微球材料的制备及应用
CN113694874B (zh) 一种钛锆吸附剂及其制备方法与应用
CN110451597A (zh) 一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法与用途
CN110560104A (zh) 一种Ni2P/NiCo-LDH复合光催化材料的制备方法与应用
CN103071448B (zh) 一种纳米二氧化钛吸附剂的制备方法及其应用
CN111957299B (zh) 一种功能化铜基MOFs材料及其制备方法和应用
US8664150B2 (en) Methods of producing adsorption media including a metal oxide
CN102838162B (zh) 多孔二氧化钛空心球、制备及用于吸附Cr(VI)的方法
CN112717931A (zh) 一种铁基复合型脱硫剂、其制备方法及在脱除气体中硫化氢的应用
Yuan et al. Facile synthesis and characterization of ZnS polymorphs/Halloysite composite for efficiently selective adsorption of Al (III) from acidic rare earth ions solution
KR102113144B1 (ko) 정화 처리제 및 정화 처리 방법
CN113257586B (zh) 一种银碳复合电极材料的制备及应用方法
CN112569895B (zh) 一种高吸附量的有机阴离子染料吸附剂的制备方法及其产品和应用
CN111453829B (zh) 一种磁性重金属捕集剂及其应用
CN114749139A (zh) 一种无定形纳米零价铁及其制备方法与去除水体中锑的应用
CN101274774A (zh) 一种氨浸法生产纳米氧化锌除砷的方法
Yang et al. Chelated heavy metals removal by in-situ formed Fe (II) and Fe (III) iron (oxy) hydroxides: Mechanism and performance
JP5950326B2 (ja) ヒ素イオン吸着性化合物を担持したメソポーラスアルミナおよびそれを用いたヒ素イオン回収方法およびヒ素フリー水溶液の製造方法
Xie et al. Enhanced non-radical activation of persulfate with pompon-like NiO microspheres for removing sulfamethoxazole in water

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant