CN113929492A - 用于磷回收的类水滑石复合材料制备方法及其产物、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环境保护技术领域,具体涉及用于磷回收的类水滑石复合材料制备方法及其产物、应用,其中多孔陶片复合材料制作方法,包括如下步骤:配制氯化镁溶液和氯化铝溶液;将多孔陶片加入尿素溶液中,溶液温度85‑95℃,搅拌条件下,以3‑4mL/min速度将氯化镁溶液和氯化铝溶液滴加到尿素溶液中;滴加完后,继续搅拌20〜30min,得到白色悬浮液。经过水热陈化处理,110‑130℃真空干燥陈化12‑18h。完成后洗涤至中性,在60‑90℃条件下干燥10‑16h,制得多孔陶片复合材料。放入碳酸钠溶液中浸泡10min,制得双阴离子插层美铝类水滑石多孔陶片复合材料。本发明方法产物结晶形成膜状氯离子、碳酸根离子双插层镁铝类水滑石,可以实现磷酸根离子吸收富集转移,结构稳定可靠。

Description

用于磷回收的类水滑石复合材料制备方法及其产物、应用
技术领域
本发明涉及一种环境保护技术领域,特别是一种用于环境保护污染物回收处理的材料制备方法,以及相关方法制备得到的产品。
背景技术
现有技术情况,现有技术的缺陷或不足:
自然界中的磷循环是一个破碎的不完整的循环,到目前为止人们对含磷污染物处理所采取的措施是磷转移而不是再利用,即把磷从废水转移到淤泥中,包括以有机物形式的生物磷转移法和以铁盐或铝盐的形式的化学沉淀法。但这些方法同时导致了固态污染物——淤泥大量增加,且所得淤泥的农业应用价值未定,因此现有大量含磷污泥面临对处理困难的问题。
如果能够对磷进行回收再利用,而不是转移到淤泥中,则可以让环境保护污水处理过程变得更加具有可持续性。同时,回收磷可以给水工业带来一定的经济效益,形成正向激励。回收磷还可以作为磷酸盐工业的上游基础原料,实现磷元素的可持续利用,减少磷矿开采,增强经济循环和自然循环的和谐关系。
因此,现在亟需一种能够实现磷元素高效回收方法或吸附回收试剂材料,以帮助污水处理过程中将水中的磷元素加以充分回收。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术存在污水处理中磷元素未能充分回收利用的问题,提供一种用于回收废水中磷元素的类水滑石制备方法及其制品。
通过本发明方法制备得到改性水滑石产品用于污水处理,可以高效分离回收污水中的磷元素,实现磷元素的可循环利用,减少污水处理过程中有害固废的总量。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种多孔陶片复合材料制作方法,包括如下步骤:
S1、取可溶性铝盐和可溶性镁盐,分别用水溶解配制成溶液,得到氯化镁溶液和氯化铝溶液。
S2、以尿素为沉淀剂,多孔陶片作为载体;将配制好的氯化镁溶液和氯化铝溶液分别装入两个分液漏斗,将尿素溶液提前装入反应容器,并将多孔陶片加入到尿素溶液中,准备滴定。
控制尿素溶液温度85-95℃,搅拌条件下,以3-4mL/min速度将氯化镁溶液和氯化铝溶液同时滴加到尿素溶液中;氯化镁溶液和氯化铝溶液用量按照按镁、铝原子摩尔比为2-4:1进行控制;滴加完后,继续搅拌20~30min,得到白色悬浮液。
S3、对得到的白色悬浮液进行水热陈化处理;所述水热陈化处理是指将白色悬浮液转入水热釜中,并将水热釜放入真空干燥箱,在110-130℃下陈化12-18h。
S4、陈化完成后,产物用热水洗涤至中性,然后放入干燥箱中,在60-90℃条件下干燥10-16h,制得多孔陶片复合材料。
S5、将制得的多孔陶片复合材料放入碳酸钠溶液中浸泡10min,制得双阴离子插层美铝类水滑石多孔陶片复合材料。
本发明多孔陶片复合材料即类水滑石和多孔陶片形成的复合材料,是在多孔陶片上的结晶形成膜状氯离子插层镁铝类水滑石。通过上述发明方法实现类水滑石结晶在多孔陶片上,形成膜状氯离子插层镁铝类水滑石,中多孔陶片表面融合了镁铝类成分的水滑石的产品。该复合材料充分结合了镁原子和铝原子混合排布形成的复合膜层结构,该复合膜层和氯离子形成插层结构膜状态,离子交换过程中碳酸根离子可以进入到插层结构中,形成双阴离子插层结构,该结构可以通过释放氯离子和碳酸根离子进而完成对于磷酸根离子的吸收。
而且,本发明方法制备得到复合材料用于污水磷元素吸附,在吸收磷酸根离子以后,复合材料可以再次利用二氧化碳高压置换,实现纯化富集磷酸根离子的效果,同时达到类水滑石复合材料再生目的。对于磷酸根离子解吸附得到的磷酸根离子富集溶液,可以用于磷化工原料,如此一来既做到了对于污水中磷元素的吸附,也同时实现了污水中磷元素的回收利用。
优选地,步骤S1中,最好是用去离子水进行溶液配制。
进一步,步骤S2中,优选地,以3.6mL/min(约1滴/s)的速度把氯化镁和氯化铝溶液同时滴入尿素溶液中。控制滴定反应的加料速度可以更好的确保类水滑石结构的生成,使得制备产物具有更好的吸附容量。
优选地,步骤S2中,反应容器是三口烧瓶。
进一步,步骤S2中,滴定反应在85-94℃水浴和电磁搅拌的条件下进行。优选滴定反应温度以及电磁搅拌条件反应,可以更好的控制反应的效率,实现类水滑石结构的一致性,确保吸附容量更大。
优选地,步骤S2中,镁原子和铝原子的摩尔比为2.5-3.5:1。镁铝原子比是生成类水滑石结构的关键所在,通过控制适宜的原子比可以保证多孔陶片表面生成的类水滑石的晶型发育,形成稳定的晶体结构,达到多孔陶片反复利用的稳定性改善。
进一步,步骤S3中,在115-125℃下陈化14-16h。更优选的,在120℃下陈化15h。
进一步,步骤S4中,优选的,在68-72℃下干燥10-14h。
本发明同时还提供上述方法制备得到的产品,以及其应用。
一种复合材料,通过上述方法制备得到多孔陶片复合材料。
上述多孔陶瓷复合材料在污水处理中的应用。
本发明多孔陶片复合材料是类水滑石薄膜复合多孔陶片,其应用于污水处理过程中的反应机理包括吸附和解吸两个过程。通过反复利用复合材料进行吸附富集,解吸附析出,可以得到浓度更好,富集度更好的含磷溶液,用于加工制备磷化工所需原材料。
进一步,上述多孔陶瓷复合材料在污水处理中的应用是指:将多孔陶片复合材料插入含磷酸根溶液中,进行吸附;待吸附完成后,将多孔陶片复合材料转移至去离子水中,用二氧化碳进行加压至2-4MPa反应,使得磷酸根离子解吸附进入水中,同时完成多孔陶片复合材料再生。
具体而言,吸附机理如下:材料制作好后,将含有膜状氯离子、碳酸根离子插层镁铝类水滑石陶片插入含有PO4 3-的溶液中。该复合材料较其他单阴离子插层类水滑石能更有效地吸附PO4 3-离子。由于制作过程中使用尿素为沉淀剂,反应时溶液pH处于稳定状态,加之水热处理,使得制备出的材料粒径更小,纯度更高,粒径更均匀,晶粒发育更完整。结晶过程中以多孔陶片为材料结晶的附着载体,使得制备出的材料有着膜状的结构,能够更有效地对PO4 3-进行吸附,达到除磷效果。
制作好的水滑石陶片对PO4 3-吸附原理如图3所示,类水滑石的外层是镁离子,铝离子:而中间的氯离子和碳酸根离子就和磷酸根进行离子交换,将磷酸跟留在了类水滑石中。也就是吸附。
当改性水滑石吸附饱和以后,对其进行解吸处理,获得富集的回收磷元素。富集回收磷的方法如下,解吸方法如下:将已饱和吸附的材料放入装有去离子水且充满CO2气体的封闭装置中,将装置压力调整为2.5MPa,进行PO4 3-的解吸。由于反应装置为一个充满CO2气体的高压封闭体系,CO2不断与去离子水结合,生成HCO3-离子,将材料中的交换PO4 3-替代,使PO4 3-解吸。因为CO2充足,使得溶液中的HCO3-离子一直处于饱和状态,使得解吸平衡正向移动,不断促进HCO3-与PO4 3-的交换,将材料中PO4 3-的解吸并富集,从而达到回收磷的效果。
吸附磷酸根之后的类水滑石,在高压+过量二氧化碳的条件下使类水滑石的中间层充满碳酸根离子,又能将磷酸根给解析并富集出来。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明方法能够制备得到改性水滑石产品,该改性水滑石产品形成了镁铝复合插层结构,能够对水体中的磷酸根离子进行有效的吸附作用,实现选择性除去污水中磷元素的效果。同时,在适宜的条件对吸附磷酸根离子的改性水滑石进行解吸处理,利用二氧化碳溶解于水形成碳酸氢根离子对磷酸根离子进行替换,达到磷酸根离子解吸附的目的,解吸过程简单容易实现,不引入污染性成分,回收磷的纯净度高,回收成本较低。
2、本发明方法制备的改性水滑石中镁铝离子均为现有技术常见的元素,及时少量溶解进入到污水中,对于污水的整体污染水平也无影响,可以很好地确保环境保护的目的。
附图说明:
图1是水滑石在陶瓷上成膜的类水滑石和陶瓷片复合材料结构示意图。
图2是氯离子插层镁铝类水滑石经过离子交换形成碳酸根离子的插层的晶体结构。
图3是改性水滑石进行再生的反应原理。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
类水滑石为薄膜的多孔陶片制作
1.以六水合氯化铝与六水合氯化镁为原料,去离子水作为溶剂,按镁、铝离子摩尔比为3:1称取,分别用去离子水溶解配制成溶液,得到3mmol/L浓度的氯化铝溶液、9mmol/L浓度的氯化镁溶液。
2.以尿素为沉淀剂,将尿素配制成0.8mol/L浓度的溶液;多孔陶片作为载体。将一定量配制好的氯化镁溶液和氯化铝溶液分别装入两个分液漏斗,再将80mL的尿素溶液提前装入三口烧瓶内,加入200克多孔陶片,准备滴定。
3.在水浴温度为90摄氏度和电磁搅拌的条件下,以3.6mL/min(约1滴/s)的速度把氯化镁和氯化铝溶液同时滴入尿素溶液中。滴加完后,仍持续搅拌约25min,最后得到白色悬浮液。
4.对得到的白色悬浮液进行水热陈化处理。即将悬浮液转入水热釜中,并将水热釜放入真空干燥箱,在120℃下陈化15h。
5.对陈化得到的产品用热水洗涤至中性,将得到的产品放入干燥箱中,在70℃下干燥12h,制得多孔陶片复合材料。
所述多孔陶片复合材料即结晶在多孔陶片上的膜状氯离子插层镁铝类水滑石如图1所示。
以上述制备好的材料为前驱体,将陶片插入碳酸钠溶液中,控制浸润时间来制备以氯离子、碳酸根离子作为插层的镁铝类水滑石。该步骤利用离子交换机理如图2所示。
以上本发明方法制备好的材料为前驱体,将陶片插入碳酸钠溶液中,控制浸润时间来制备以氯离子、碳酸根离子作为插层的镁铝类水滑石。该步骤利用离子交换机理如图2所示。
以改性类水滑石为薄膜的多孔陶片作用机理如下:
吸附:材料制作好后,将含有膜状氯离子、碳酸根离子插层镁铝类水滑石陶片插入含有PO4 3-的溶液中。这种材料较其他单阴离子插层类水滑石能更有效地吸附PO4 3-离子。由于制作过程中使用尿素为沉淀剂,反应时溶液pH处于稳定状态,加之水热处理,使得制备出的材料粒径更小,纯度更高,粒径更均匀,晶粒发育更完整。结晶过程中以多孔陶片为材料结晶的附着载体,使得制备出的材料有着膜状的结构,能够更有效地对PO4 3-进行吸附,达到除磷效果。制作好的水滑石陶片对PO4 3-吸附原理如图3所示,类水滑石的外层是镁离子,铝离子:而中间的氯离子和碳酸根离子就和磷酸根进行离子交换,将磷酸跟留在了类水滑石中。也就是吸附。
富集回收磷的方法如下:
解吸:将已饱和吸附的材料放入装有去离子水且充满CO2气体的封闭装置中,将装置压力调整为2.5MPa,进行PO4 3-的解吸。由于反应装置为一个充满CO2气体的高压封闭体系,CO2不断与去离子水结合,生成HCO3-离子,将材料中的交换PO4 3-替代,使PO4 3-解吸。因为CO2充足,使得溶液中的HCO3-离子一直处于饱和状态,使得解吸平衡正向移动,不断促进HCO3-与PO4 3-的交换,将材料中PO4 3-的解吸并富集,从而达到回收磷的效果。
测试例
对实施例1制备得到的氯离子插层镁铝类水滑石支撑陶瓷片状,将陶瓷片插入1M碳酸钠溶液中,浸润20min,利用碳酸钠溶液和氯离子发生置换,得到活性状态的改性水滑石吸附剂。
实验方法:将活化状态的改性水滑石吸附剂放入含有20mg/L的含磷污水中,静置吸附30min,然后将类水滑石多孔陶瓷片复合材料取出,用清水冲洗掉陶瓷片表面的残留污垢。然后,将陶瓷片放入去离子水中,通二氧化碳,加压至2.5Mpa,进行解吸处理,得到以碳酸氢根离子为中间插层的镁铝类水滑石。之后先在0.1mol/L氯化钠溶液中浸泡2h,之后在0.1mol/L碳酸钠溶液中浸泡15min,得到以氯离子和碳酸根离子为中间插层的镁铝类水滑石(也就是材料再生)。
经过计算,实施例1制备的氯离子插层镁铝类水滑石支撑陶瓷片吸附磷酸根离子的容量为9.6mg/g,复合材料中的类水滑石的再生效率为95%。
注:吸附容量以成膜后水滑石的质量计算(陶片为便于成膜使用的载体),制备得到氯离子插层镁铝类水滑石负载于陶瓷片/陶片上,减去陶片/陶瓷片初始重量得到类水滑石重量,进行吸附容量计算。
实施例2
本实施例和实施例1相类似,主要差别在于:六水合氯化铝与六水合氯化镁滴加参与反应的物料用量配合比例变化,尝试比较镁、铝离子摩尔比分别为1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1等不同的比例,对于改性水滑石形成复合插层结构的影响,结果如下表所示。
表1
编号 镁铝摩尔比 吸附容量,mg/g 再生率(%)
201 1:2 4.3 82
202 1:1 5.4 89
203 2:1 7.1 91
204 3:1 9.6 95
205 4:1 6.6 93
206 5:1 5.2 92
由上述比较试验可以看出本发明制备磷元素吸附的改性水滑石产品的制备过程中,对于镁铝离子摩尔比的控制对于制备的产品性能影响如下:是否形成稳定的层状结构;中间插层的阴离子容纳量——也决定了对磷酸根离子的吸附能力。结合实验情况来看,当控制镁铝摩尔比在2:1-4:1范围内的时候,两种离子能够很好的形成类水滑石的薄膜结构,而且薄膜和多孔陶片的结合强度较好,能够表现出良好的吸附容量,同时经过再生结构稳定性好,能够恢复至较高的初始吸附容量,有利于吸附材料的重复利用。
实施例3
本实施例类似于实施例1的方法制备得到改性水滑石,并进行污水吸附,污水含磷量为100mg/L,将制备得到的改性水滑石片材插入污水中,静置20min,充分吸附后,用清水冲洗除去表面残留污垢,用于解吸附实验。
吸附磷酸根之后的类水滑石,在高压+过量二氧化碳的条件下使类水滑石的中间层充满碳酸根离子,又能将磷酸根给解析并富集出来,解吸原理如图3所示。
解吸过程中,比较不同的二氧化碳浓度和压力对于解吸的影响,分别尝试二氧化碳压强为1Mpa至3.5Mpa的范围的解吸的效果。结果发现1Mpa至1.5Mpa时,解吸磷酸根的速率较为缓慢,当压强达到2.5Mpa时,解吸速率显著提升,15min后停止解吸,当压强在2.5Mpa至3.5Mpa时,解吸速率也有提升但不再明显,综合考虑下选择2.5Mpa。
实施例4
本实施例类似于实施例1的方法制备得到改性水滑石,其差别仅仅在于制备改性水滑石的时候,选用的可溶性铝盐为十八水硫酸铝。
然后,按照实施例1相同的方法进行复合材料性能测试,结果显示,吸附磷酸根离子的容量为3.2mg/g,复合材料中的类水滑石的再生效率为83%。
实施例5
本实施例类似于实施例1的方法制备得到改性水滑石,其差别仅仅在于制备改性水滑石的时候,选用的可溶性镁盐为七水硫酸镁。
然后,按照实施例1相同的方法进行复合材料性能测试,结果显示,吸附磷酸根离子的容量为3.7mg/g,复合材料中的类水滑石的再生效率为86%。
实施例4-5比较不同的可溶性铝盐和镁盐对于制备薄膜多孔陶瓷片的影响,不同的可溶性盐对于制备改性水滑石的影响主要是由于制备前驱体为氯离子插层的镁铝类水滑石,用氯化镁与氯化铝能直接固定中间插层的阴离子种类为氯离子,氯离子相对其他阴离子更容易被碳酸根离子置换,且可通过浸泡时间控制插层中碳酸根离子的含量(碳酸根和氯离子的比例)。如果采用非氯离子作为阴离子的镁盐或铝盐,则需要增加一次活化处理时间,将其中的阴离子交换成为氯离子或碳酸根离子,交换率直接影响最终的复合材料的吸附能力,而硫酸根离子具有较高的结合稳定性,交换效率受到限制。通过浸泡碳酸钠溶液的时间来控制比例碳酸根和氯离子的比例,然后再根据吸附效果来确定最佳浸泡时间。
实施例6
本实施例类似于实施例1的方法制备得到改性水滑石,其差别仅仅在于制备改性水滑石的时候,可溶性镁盐、可溶性铝盐的添加速度差异,控制镁盐、铝盐的溶液滴加的速度为1mL/min、2mL/min、4mL/min、5mL/min、7mL/min、10mL/min。将产物进行测试,结果如下表所示。
表2
Figure BDA0003306759280000081
Figure BDA0003306759280000091
结果发现当采用不同的滴加速度进行制备的时候,对于镁铝离子形成络合物生长结晶的时候有较大的影响。速度为3.6mL/min时(实施例1),该前驱体材料氯离子为中间插层的镁铝类水滑石对磷酸根的吸附容量最大。究其原因,主要是因为镁盐、铝盐的溶液滴加的速度对类水滑石形成稳定的层状结构有很大影响。所以,优选地,控制氯化镁溶液和氯化铝溶液同时滴加到尿素溶液中的速度为1-5mL/min,更优选2-4mL/min。
实施例7
本实施例类似于实施例1的方法制备得到改性水滑石,其差别仅仅在于制备改性水滑石的时候,滴加完成后得到白色悬浮液,调整减少水热陈化处理的时间为1-10小时,或者不再经过水热陈化处理,直接将白色悬浮液进行热水洗涤之呈中性,干燥得到目标产物。将该产物按照实施例1测试例中相同的方法进行测试,结果如下表所示。
表3
编号 水热陈化时间 吸附容量,mg/g 再生率(%)
701 1h 0.4 13
702 2h 1.1 17
703 4h 1.7 30
704 8h 5.1 54
705 10h 7.2 78
706 24h 8.1 90
测试结果发现该镁铝类水滑石成型较差,所得到的改性水滑石对于污水中磷酸根离子的吸附能力效果微弱。综合考虑生产过程中反应的基本原理,可能是因为材料结晶过快。导致插层结构的镁铝类水滑石支撑陶瓷片结构产生缺陷,未能形成稳定层状结构,无法充分吸附污水中的磷酸根离子。
实施例8
本实施例类似于实施例1,只是提前配制的尿素溶液浓度不同,尝试比较0.5倍浓度、2倍浓度、3倍浓度的尿素溶液,预先加入到三口烧瓶中。然后按照和实施例1相同的工艺方法进行反应,结果如下。
当沉淀剂尿素的浓度为0.5倍浓度的时候,材料呈絮状,无法成型。
当沉淀剂尿素的浓度为2倍浓度的时候,材料呈颗粒状,无法附着至陶片表面。
当沉淀剂尿素的浓度为3倍浓度的时候,材料呈更大颗粒状,无法附着至陶片表面。
所以,通过控制尿素的浓度对于最终的反应结果有重要的影响,对于沉淀类水滑石结构形态及成型起决定作用。
实施例9
本实施例类似于实施例1,区别仅在于水浴温度为65、75、85、92、93、96摄氏度,比较不同的水浴温度对于类水滑石形成的影响。其余工艺条件和实施例1相同,制备得到的多孔陶片复合材料,在多孔陶片上的结晶形成膜状氯离子插层镁铝类水滑石。
按照实施例1测试例相同的方法研究比较多孔陶片复合材料的吸附磷酸根离子的容量、再生率、再生效率,结果如下表所示。
表4
编号 水浴温度,℃ 吸附容量,mg/g 再生率(%)
901 65 1.0 21
902 75 3.6 37
903 85 6.1 64
904 92 8.8 91
905 93 8.9 90
906 96 9.5 93
不同的水浴温度主要影响双离子共沉淀过程中离子的沉积活性,通过控制不同的水浴温度,可以调节两种离子沉积的速度、比例。经过试验研究发现,当水浴温度控制在85℃-93℃摄氏度范围内的时候,沉积效率更好,所得类水滑石结构稳定性更好,吸附容量和再生效率都较高。
实施例10
采用实施例9制备的复合材料进行污水处理,取1000mL生活污水(其中磷含量8mg/L),将210克实施例9制备的复合材料插入污水中,静置15分钟。然后,取出用清水冲洗干净陶瓷片表面的残留污垢,然后放入去离子水中,通二氧化碳,加压至2.5Mpa,进行解吸处理,得到以碳酸氢根离子为中间插层的镁铝类水滑石。
生活污水经过处理以后,其中的磷含量降低至0.7mg/L,表明实施例9制备的复合材料对于生活污水中的磷元素具有较好的吸附性能。计算得出,复合材料吸附磷酸根离子的容量为9.6mg/g。最后,利用碳酸钠溶液进行再生,再生率为95%。
本申请所引用的各专利、专利申请和出版文的说明全部纳入本申请参考。引用的任何参考文献不应认为是允许这些参考文献可以用来作为本申请的“现有技术”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、取可溶性铝盐和可溶性镁盐,分别用水溶解配制成溶液,得到氯化镁溶液和氯化铝溶液;
S2、以尿素为沉淀剂,多孔陶片作为载体;将配制好的氯化镁溶液和氯化铝溶液分别装入两个分液漏斗,将尿素溶液提前装入反应容器,并将多孔陶片加入到尿素溶液中,准备滴定;
控制尿素溶液温度85-95℃,搅拌条件下,以3-4mL/min速度将氯化镁溶液和氯化铝溶液同时滴加到尿素溶液中;氯化镁溶液和氯化铝溶液用量按照按镁、铝原子摩尔比为2-4:1进行控制;滴加完后,继续搅拌20〜30min,得到白色悬浮液;
S3、对得到的白色悬浮液进行水热陈化处理;所述水热陈化处理是指将白色悬浮液转入水热釜中,并将水热釜放入真空干燥箱,在110-130℃下陈化12-18h;
S4、陈化完成后,产物用热水洗涤至中性,然后放入干燥箱中,在60-90℃条件下干燥10-16h,制得多孔陶片复合材料;
S5、将制得的多孔陶片复合材料放入碳酸钠溶液中浸泡10min,制得双阴离子插层美铝类水滑石多孔陶片复合材料。
2.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S2中,加入多孔陶片作为载体,使类水滑石在多孔陶片上成膜,以提高吸附效率。
3.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S2中,优选地,以3.6mL/min(约1滴/s)的速度把氯化镁和氯化铝溶液同时滴入尿素溶液中。
4.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S5中,以制得的多孔陶片复合材料为前驱体,将材料浸泡在碳酸钠溶液中,通过阴离子交换的方法制得本发明材料。
5.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S2中,滴定反应在85-95℃水浴和电磁搅拌的条件下进行。
6.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S2中,镁原子和铝原子的摩尔比为2.5-3.5:1。
7.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S3中,在115-125℃下陈化14-16h;更优选的,在120℃下陈化15h。
8.根据权利要求1所述的多孔陶片复合材料制作方法,其特征在于,步骤S4中,优选的,在68-72℃下干燥10-14 h。
9.一种复合材料,通过上述权利要求1-8任意一项所述方法制备得到多孔陶片复合材料。
10.权利要求9所述多孔陶片复合材料在污水处理中的应用,其特征在于采用高压二氧化碳的氛围,使材料吸附的磷元素得以解吸从而富集。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115193392A (zh) * 2022-08-01 2022-10-18 常熟理工学院 氯离子吸附剂及其制备方法、应用
CN116196222A (zh) * 2023-02-28 2023-06-02 上海沐良医疗器械有限公司 防龋齿添加剂、防龋齿材料、牙科膜片及隐形矫治器
CN117599754A (zh) * 2024-01-22 2024-02-27 四川省生态环境科学研究院 污水处理用无机磷吸附体及其制备方法和使用方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008029985A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Showa Kde Co Ltd 陰イオン吸着剤再生装置およびそれを用いた陰イオン吸着剤の再生方法
CN102795649A (zh) * 2012-08-02 2012-11-28 浙江工业大学 一种镁铝水滑石的制备方法
CN108704603A (zh) * 2018-04-18 2018-10-26 中国科学院生态环境研究中心 一步制备镁铝水滑石纳米片用于吸附除磷的方法
CN109603735A (zh) * 2019-01-17 2019-04-12 浙江理工大学 一种用于吸附除磷的类花瓣状镁铝水滑石的制备方法
CN112316890A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 湖北民族大学 水滑石吸附材料及其制备方法和应用
CN112871128A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 广西师范大学 阴离子插层的双金属氢氧化物吸附剂、其制备方法及应用
CN113231033A (zh) * 2021-04-15 2021-08-10 东南大学 一种有机酸根离子柱撑类水滑石吸附剂的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008029985A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Showa Kde Co Ltd 陰イオン吸着剤再生装置およびそれを用いた陰イオン吸着剤の再生方法
CN102795649A (zh) * 2012-08-02 2012-11-28 浙江工业大学 一种镁铝水滑石的制备方法
CN108704603A (zh) * 2018-04-18 2018-10-26 中国科学院生态环境研究中心 一步制备镁铝水滑石纳米片用于吸附除磷的方法
CN109603735A (zh) * 2019-01-17 2019-04-12 浙江理工大学 一种用于吸附除磷的类花瓣状镁铝水滑石的制备方法
CN112316890A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 湖北民族大学 水滑石吸附材料及其制备方法和应用
CN112871128A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 广西师范大学 阴离子插层的双金属氢氧化物吸附剂、其制备方法及应用
CN113231033A (zh) * 2021-04-15 2021-08-10 东南大学 一种有机酸根离子柱撑类水滑石吸附剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李凯荣等: "水滑石无机阴离子交换剂的合成与表征", 《离子交换与吸附》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115193392A (zh) * 2022-08-01 2022-10-18 常熟理工学院 氯离子吸附剂及其制备方法、应用
CN115193392B (zh) * 2022-08-01 2023-10-24 常熟理工学院 氯离子吸附剂及其制备方法、应用
CN116196222A (zh) * 2023-02-28 2023-06-02 上海沐良医疗器械有限公司 防龋齿添加剂、防龋齿材料、牙科膜片及隐形矫治器
CN117599754A (zh) * 2024-01-22 2024-02-27 四川省生态环境科学研究院 污水处理用无机磷吸附体及其制备方法和使用方法
CN117599754B (zh) * 2024-01-22 2024-05-03 四川省生态环境科学研究院 污水处理用无机磷吸附体及其制备方法和使用方法

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