CN114307943A - 一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114307943A CN114307943A CN202111668545.6A CN202111668545A CN114307943A CN 114307943 A CN114307943 A CN 114307943A CN 202111668545 A CN202111668545 A CN 202111668545A CN 114307943 A CN114307943 A CN 114307943A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- mgo
- adsorbent
- magnetic
- adsorption
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 63
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- -1 arsenic ions Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000004337 magnesium citrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229960005336 magnesium citrate Drugs 0.000 claims abstract description 13
- 235000002538 magnesium citrate Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- PLSARIKBYIPYPF-UHFFFAOYSA-H trimagnesium dicitrate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O PLSARIKBYIPYPF-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 13
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 12
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 11
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical group Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(III) nitrate Inorganic materials [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 abstract description 57
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 24
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229940091250 magnesium supplement Drugs 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 10
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005595 deprotonation Effects 0.000 description 1
- 238000010537 deprotonation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- IYQJAGXFXWIEJE-UHFFFAOYSA-H trimagnesium;2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate;nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O IYQJAGXFXWIEJE-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供了一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用,属于吸附材料技术领域。本发明将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物;对所述驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。本发明以柠檬酸镁作为镁源,柠檬酸根在煅烧的过程中起造孔剂作用,高温煅烧过程中能形成多孔MgO,此磁性吸附剂用于水处理时能够水解形成Mg(OH)2,与F‑和As(V)发生离子交换吸附,从而去除水中的氟、砷离子。在煅烧的过程中,磁性MgO吸附剂能够形成微孔结构,增大氟、砷离子的吸附容量。由于铁源的引入,磁性MgO吸附剂中含有Fe3O4,便于吸附剂从水中分离去除。
Description
技术领域
本发明涉及吸附材料技术领域,特别涉及一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国具有丰富的地热资源,几乎在每个省份均有地热资源的分布。高温地热带常分布在我国西藏和云南两地。据报道,西藏储层温度高于150℃的水热系统有129处,其中储层温度高于200℃的有12处。地热水作为一种廉价、清洁、丰富的新型能源和宝贵水资源,其开发和应用已受到国家和地方的大力支持与发展。
地热水中常含有高浓度的氟、砷等有害物质,以羊八井热田为例,水体中总砷的浓度高达5.7mg/L,氟离子浓度高达18mg/L,远远高于地表水环境质量标准(GB2828-2002)和生活饮用水水质标准(GB5749-2006)中对氟和砷的限量规定。直接将地热水尾水排入到受纳水体中,不仅会造成流域生态环境的影响,而且会对生物体和人类带来不利的影响。因此,解决地热水除氟、砷问题迫在眉睫,地热水的处理以实现安全排放对生态环境保护具有重要的意义。
目前,地热水中氟、砷离子的去除主要采用吸附剂吸附的方式,常见的吸附剂为氧化物吸附剂,主要有MgO、Fe2O3、Al2O3和TiO2等,然而,这些氧化物吸附剂的吸附效果不佳,以商品化的MgO举例,其对氟的吸附效率仅有66%,吸附以后的氟剩余浓度不能满足地表水和饮用水中氟的限量标准。
发明内容
有鉴于此,本发明目的在于提供一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用,本发明提供的磁性MgO吸附剂能够有效去除水中的氟、砷离子。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种磁性MgO吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物;
对所述驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。
优选的,所述可溶性三价铁源为FeCl3、Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3中的一种或几种。
优选的,所述前驱体溶液中Fe离子、Mg离子的摩尔比为1:1~5。
优选的,所述加热蒸发的温度为60~90℃。
优选的,所述煅烧的温度为600~800℃,保温时间为1~5h。
本发明提供了上述制备方法制备得到的磁性MgO吸附剂,成分包括MgO和Fe3O4。
优选的,所述磁性MgO吸附剂的BJH孔径分布为3.062~20nm,比表面积为8.81~28.07m2/g,孔体积为0.115~0.234cm3/g。
本发明提供了上述磁性MgO吸附剂在水处理中的应用,所述水中含有氟离子和/或砷离子。
优选的,所述水为地热水。
优选的,所述应用的方法包括以下步骤:
调节待处理水的pH值为2~11,加入磁性MgO吸附剂,在加热条件下进行吸附。
本发明提供了一种磁性MgO吸附剂的制备方法,包括以下步骤:将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物;对所述前驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。柠檬酸根在煅烧的过程中起到造孔剂作用,高温煅烧过程中能形成多孔MgO和Fe3O4,即Fe3O4@MgO,此磁性吸附剂用于水处理时能够水解形成Mg(OH)2,与F-和As(V)发生离子交换吸附,从而去除水中的氟、砷离子。在煅烧的过程中,磁性MgO吸附剂能够形成微孔结构,BJH孔径分布在3.062~20nm范围,比表面积为8.81~28.07m2/g,孔体积为0.115~0.234cm3/g,增大氟、砷离子的吸附容量。同时,由于磁性MgO吸附剂中含有Fe3O4,便于吸附剂从水中的磁分离去除。实施例结果表明,本发明提供的磁性MgO吸附剂对F的吸附率为99.9%,对As(V)的吸附率为99.9%,对F和As(V)的吸附容量分别为98.4mg/g和123mg/g。
同时,本发明提供的磁性MgO吸附剂具有pH值适应性强的优势,在pH值2~11的范围内可以分别实现F和As(V)99.9%和98.7%的吸附效率;本发明提供的磁性MgO吸附剂具有吸附速度快的优势,对As(V)表现出极快速动力学,在2min内就能实现96.1%的吸附,反应到10min以后,可以实现99.9%吸附;对氟而言,120min后浓度即低于限量标准值1mg/L。
附图说明
图1是本发明的吸附剂Fe3O4@MgO的制备及其去除地热水中氟和砷的流程示意图;
图2是不同Fe/Mg摩尔比对F离子吸附效果的影响;
图3是不同煅烧温度对F离子吸附效果的影响;
图4是不同Fe/Mg摩尔比吸附剂的磁强度表征图;
图5是Fe/Mg比为1/5的Fe3O4@MgO的透射电镜微观图;
图6是水处理前后Fe3O4@MgO的XRD图;
图7为Fe3O4@MgO及其他氧化物对F离子吸附效果比较;
图8为不同pH值对氟的吸附效果影响;
图9为不同pH值对砷的吸附效果影响
图10为不同吸附时间下氟的吸附效率;
图11为不同吸附时间下砷的吸附效率;
图12为Fe3O4@MgO对F和As(V)的吸附动力学拟合结果;
图13为不同起始浓度下Fe3O4@MgO对F和As(V)的吸附容量
图14为Fe3O4@MgO处理地热水时吸附前后的氟和砷浓度。
具体实施方式
本发明提供了一种磁性MgO吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物;
对所述前驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。
本发明将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物。在本发明中,所述可溶性三价铁源优选为FeCl3、Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3中的一种或几种。
在本发明中,所述柠檬酸镁优选为九水柠檬酸镁。
在本发明中,所述可溶性三价铁源、柠檬酸镁中,Fe、Mg的摩尔比优选为1:1~5,优选为1:3。
在本发明中,所述柠檬酸镁与水的质量比优选为1:20。
在本发明中,所述混合的方式优选为搅拌混合。在本发明中,所述加热蒸发的温度优选为60~90℃,更优选为70~80℃;本发明对所述加热蒸发的温度没有特殊的要求,能够将混合液中的水分蒸干即可。在本发明中,所述加热蒸发优选在搅拌、水浴的条件下进行。在所述加热蒸发的过程中,柠檬酸镁得到所述前驱体混合物后,本发明对所述前驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。本发明优选在马弗炉中进行所述煅烧。在本发明中,所述煅烧的气氛优选为空气。
在本发明中,所述煅烧的温度优选为600~800℃,更优选为700℃;保温时间优选为1~5h,更优选为2~4h。在本发明中,升温至所述煅烧温度的升温速率优选为5℃/min。
在本发明中,所述煅烧的过程中,前驱体混合物中的Fe离子、Mg离子形成MgO、Fe3O4复合物,即Fe3O4@MgO,此复合物具有微孔结构。
在本发明中,所述煅烧后,本发明优选对所得煅烧产物进行洗涤和干燥,以去除杂质成分。在本发明中,所述洗涤用洗涤剂优选为去离子水,所述洗涤的次数优选为3~5次。在本发明中,所述干燥的方式优选为烘干。
本发明提了上述制备方法制备得到的磁性MgO吸附剂,成分包括MgO和Fe3O4;在本发明中,所述磁性MgO吸附剂中MgO、Fe3O4以纳米颗粒的形式团聚、复合在一起。在本发明中,所述磁性MgO吸附剂具有微孔结构,BJH孔径分布在3.062~20nm,比表面积为8.81~28.07m2/g,优选为28.07m2/g,孔体积为为0.115~0.234cm3/g,优选为0.234cm3/g。
本发明提供了上述磁性MgO吸附剂在水处理中的应用,所述水中含有F离子和/或As(V)离子。在本发明中,含氟、砷水中氟的浓度优选为0~20mg/L,更优选为2~15mg/L,进一步优选为5~10mg/L;砷的浓度优选为0~5mg/L,更优选为1~4mg/L,进一步优选为2~3mg/L。
在本发明中,所述水优选为地热水。
在本发明中,所述应用的方法包括以下步骤:
调节待处理水的pH值为2~11,加入磁性MgO吸附剂,进行吸附。
本发明对所述调节pH值的方式没有特殊的要求,采用本领域技术人员熟知的调节pH值的方式即可。
在本发明中,所述磁性MgO吸附剂的加入量优选为0.5~3g/L水,更优选为1~2g/L水。
在本发明中,所述吸附时水的温度优选为30~90℃,更优选为50~80℃。
下面结合实施例对本发明提供的磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将FeCl3与柠檬酸镁加入到10mL水中,保持Fe/Mg的摩尔比分别为1/1、1/3和1/5,60~90℃条件下水浴搅拌挥发,在转移至马弗炉中煅烧1~5h,煅烧温度分别为600、700和800℃,升温速率为5℃/min,得到磁性MgO吸附剂Fe3O4@MgO。
为了性能对比,省略FeCl3的加入,制备了单一柠檬酸镁衍生的MgO材料。
图1是本发明的吸附剂Fe3O4@MgO的制备及其去除地热水中氟和砷的流程示意图。
测试例1
分别取不同Fe/Mg的摩尔比的Fe3O4@MgO(其煅烧温度为700℃,时间为2h)60mg,加入到30mL(固液比为2g/L)pH为7的氟离子溶液中,起始浓度为20mg/L,在80℃恒温水浴摇床以180转/分钟保持3小时,磁分离后取上清液采用离子选择性电极测定剩余F离子浓度,并计算其去除效率。所得结果见图2。由图2可以看出,随着Fe/Mg摩尔比从1/1增加到1/5,材料的吸附性能接近纯MgO,溶液中氟的剩余浓度满足我国饮用水限量标准(1mg/L)。
分别取不同煅烧温度下的Fe3O4@MgO(Fe/Mg摩尔比为1:5,煅烧时间为700℃),按照上述方法测试对F的吸附效率。所得结果见图3。由图3可以看出,随着温度增加,材料的性能没有差异,说明600~800℃煅烧温度范围,所制备的材料对吸附性能没有影响。
图4是不同Fe/Mg摩尔比吸附剂的磁强度表征图。随着Fe/Mg比从1/1减小到1/5,所制备的材料磁性大小分别为20.45、11.45和8.06emu/g。因引入了MgO成分,随着MgO成分比例增强,磁强度减弱趋势越显著。以Fe/Mg为1/5材料为例,吸附后的溶液经5min后,能得到澄清溶液,表明本工作所制备的材料磁性能满足磁分离要求。
图5为Fe/Mg比为1/5的Fe3O4@MgO的透射电镜微观图,由图5可以看出,Fe3O4@MgO的粒径为100nm,粒径分布均匀。对其孔结构进行Brunner-Emmet-Teller(BET)表征美国康塔仪器(Quadrasorb SI)测试,结果显示,BJH孔径分布为3.062nm,比表面积为28.07m2/g,孔体积为0.234cm3/g。
为了研究材料的晶型结构和Fe3O4@MgO在溶液中的水解过程机理,对所制备的材料进行了XRD表征,所得结果见图6。由图6可以看出,制备的Fe3O4@MgO与MgO标准PDF卡片(JCPDS 45-0946)和Fe3O4标准PDF卡片(JCPDS 19-0629)的出峰位置完全一致。水解后的Fe3O4@MgO分别在峰1、2、3、4、5和6处出现了新峰,分别对应于Mg(OH)2标准卡片(JCPDS 44-1482)中(001)、(101)、(102)、(110)、(103)和(201)晶面,此外,MgO峰在2=36.9、74.6和78.6°时峰消失,在42.9°和62.3°时峰减弱,表明在水溶液中,MgO与水发生反应生成Mg(OH)2。吸附F和As后,Mg(OH)2峰略有减弱。
测试例2
将Fe3O4@MgO(Fe/Mg的摩尔比1:5)60mg加入到30mL(固液比为2g/L)pH为7的氟离子溶液中,起始浓度为20mg/L,在80℃恒温水浴摇床以180转/分钟保持3小时,磁分离后取上清液采用离子选择性电极测定剩余F离子浓度。并计算其去除效率。为了评价所制备的材料的去除性能,在同一条件下,对比了商品化的MgO和传统氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、TiO2)的性能。所得结果见图7。
由图7可以看出,本发明所制备的Fe3O4@MgO对氟的吸附效率高达95%,远远高于传统氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Al2O3和TiO2);而商品化的MgO对氟的吸附效率仅有66%,吸附以后的氟剩余浓度不能满足地表水和饮用水中氟的限量标准。而可以看出,本发明所制备的材料对高氟地热水吸附具有突出优势。
测试例3
分别考察氟和砷的起始浓度为20mg/L和5mg/L时,固液比为3g/L,Fe3O4@MgO(Fe/Mg的摩尔比1:5)在pH 2~12范围内对氟和砷的吸附性能。
其中,不同pH值对氟的吸附效果影响见图8,对砷的吸附效果影响见图9。
由图8、9可以看出,在2~12范围内,材料对砷的吸附效率近100%。当pH升至12时,溶液中剩余砷的浓度超过饮用水中砷的限量标准,而其它pH范围内,溶液中剩余砷的浓度均低于饮用水中砷的限量标准。表明材料对As具有良好的吸附性能。pH在2~11之间,氟的去除效率约为96%,处于较高水平。当pH升高至12时,氟吸附效率降低至50%。由于碱性条件下,材料表面去质子化,并不适合负电荷的氟离子吸附。当pH在2~11之间,吸附后的溶液中氟离子浓度满足我国规定的饮用水中氟的限量标准。
此外,本发明制备的材料去除地热水中F和As的吸附pH范围为2~11,pH吸附范围宽,综合实际地热水pH范围为8~10,因而在实际应用中,水样可以不用调pH,可以避免调节pH的繁琐操作。
测试例4
考察氟和砷的起始浓度分别为20mg/L和5mg/L时,固液比为3g/L,Fe3O4@MgO(Fe/Mg的摩尔比1:5)在pH 7条件下,吸附平衡时间的影响。
不同吸附时间下氟的吸附效率见图10,砷的吸附效率见图11。
由图10、11可以看出,材料对As(V)和F表现出较快的吸附动力学。对As(V)表现出极快速动力学,在2min内就能实现96.1%的去除,反应到10min以后,可以实现99.9%吸附,10min后,As的浓度低于饮用水限量标准。对氟而言,120min后浓度低于限量标准值。文献中大多报道的MgO平衡时间为30min左右,也有的材料的平衡时间长达24h。可见,本方法制备的材料对As和F具有较快的动力学,在实际应用中具有广阔前景。
分别用准一级和准二级动力学模型对上述吸附结果进行拟合,拟合后的数据见图12。Fe3O4@MgO对F和As(V)的吸附动力学符合准二级,材料对F和As(V)的吸附是基于化学吸附。
测试例5
向一系列已知浓度的F和As(V)离子中加入Fe3O4@MgO(Fe/Mg的摩尔比1:5),固液比为3g/L,80℃反应180min后磁分离,测定其吸附容量。
图13是不同起始浓度下Fe3O4@MgO对F和As(V)的吸附容量,Fe3O4@MgO对F和As(V)的吸附容量分别高达98.4mg/g和123mg/g。将本发明与功能化的活性炭(F:27.8;As:30.3mg/g)吸附材料相比,本方法所制备的吸附剂显著优于功能化的活性炭吸附剂,与MgO基吸附剂处于同一居高水平(F:120mg/g),具有良好的实际利用价值。
测试例6
考察所制备的Fe3O4@MgO(Fe/Mg的摩尔比1:5)对实际地热水的去除效果。实际地热水采集于西藏羊八井,pH值为8.6,实际地热水中F和As的初始浓度分别高达12.95和3.14mg/L。30mL地热水中加入90mg所制备的吸附剂后,吸附前后的氟和砷浓度如图14所示,
由图14可以看出,材料可以实现地热水中F和As高达97.3%和99.9%的去除效率,吸附F和As后所剩余的浓度分别为0.35mg/L和4.4ng/mL。
我国规定饮用水中砷的含量<10ng/mL,氟的含量<1mg/L。因此,经本发明磁性MgO吸附剂处理后地热水中剩余的氟和砷的浓度满足我国饮用水对F和As的限量标准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁性MgO吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
将可溶性三价铁源、柠檬酸镁和水混合,加热蒸发,得到前驱体混合物;
对所述前驱体混合物进行煅烧,得到磁性MgO吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述可溶性三价铁源为FeCl3、Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述前驱体混合物中Fe离子、Mg离子的摩尔比为1:1~5。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述加热蒸发的温度为60~90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述煅烧的温度为600~800℃,保温时间为1~5h。
6.权利要求1~5任意一项所述制备方法制备得到的磁性MgO吸附剂,成分包括MgO和Fe3O4;所述磁性MgO吸附剂具有微孔结构。
7.根据权利要求6所述的磁性MgO吸附剂,其特征在于,所述磁性MgO吸附剂的BJH孔径分布为3.062~20nm,比表面积为8.81~28.07m2/g,孔体积为0.115~0.234cm3/g。
8.权利要求6或7所述的磁性MgO吸附剂在水处理中的应用,所述水中含有氟离子和/或砷离子。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述水为地热水。
10.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述应用的方法包括以下步骤:
调节待处理水的pH值为2~11,加入磁性MgO吸附剂,进行吸附。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111668545.6A CN114307943B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111668545.6A CN114307943B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114307943A true CN114307943A (zh) | 2022-04-12 |
CN114307943B CN114307943B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=81021941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111668545.6A Active CN114307943B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114307943B (zh) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5532212A (en) * | 1993-03-22 | 1996-07-02 | Phillips Petroleum Company | Composition comprising a viscosity promoter and a magnesium compound and process using the composition |
CN102626611A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-08 | 哈尔滨工程大学 | 水中具有选择识别性能金属离子印迹吸附剂的制备方法 |
JP2013154318A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | 磁性吸着剤 |
CN104993126A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-10-21 | 河北工业大学 | 碳包覆Fe3O4纳米颗粒锂离子电池负极材料制备方法及其应用 |
US20160144355A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Graver Technologies Llc | High capacity adsorbent for flouride ion and oxyanions of phosphorous and arsenic and method for making the same |
US20180016162A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Magnetic Metal Oxide Biochar Composite Particles, and Their Use in Recovering Pollutants From Aqueous Solution |
CN108514863A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-09-11 | 新疆德安环保科技股份有限公司 | 利用腐植酸制备炭包覆磁性埃洛石复合物吸附剂的方法及其所得产物 |
CN108889266A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-11-27 | 青海师范大学 | 一种磁性镁铝复合氧化物及其制备方法和应用 |
CN109277149A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-29 | 河南师范大学 | 一种机械球磨制备纳米氢氧化镁包裹四氧化三铁复合材料的方法 |
US20200254438A1 (en) * | 2014-11-25 | 2020-08-13 | Graver Technologies Llc | High capacity adsorbent for oxyanions and cations and method for making the same |
CN112316902A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-05 | 南京正森环保科技有限公司 | 一种复合MgO吸附剂及其制备方法与应用 |
CN113522222A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-10-22 | 中南大学 | 一种铁改性赤泥基磁性吸附剂的制备方法及其在复合重金属废水中的应用 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111668545.6A patent/CN114307943B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5532212A (en) * | 1993-03-22 | 1996-07-02 | Phillips Petroleum Company | Composition comprising a viscosity promoter and a magnesium compound and process using the composition |
JP2013154318A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | 磁性吸着剤 |
CN102626611A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-08 | 哈尔滨工程大学 | 水中具有选择识别性能金属离子印迹吸附剂的制备方法 |
US20160144355A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Graver Technologies Llc | High capacity adsorbent for flouride ion and oxyanions of phosphorous and arsenic and method for making the same |
US20200254438A1 (en) * | 2014-11-25 | 2020-08-13 | Graver Technologies Llc | High capacity adsorbent for oxyanions and cations and method for making the same |
CN104993126A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-10-21 | 河北工业大学 | 碳包覆Fe3O4纳米颗粒锂离子电池负极材料制备方法及其应用 |
US20180016162A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Magnetic Metal Oxide Biochar Composite Particles, and Their Use in Recovering Pollutants From Aqueous Solution |
CN108514863A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-09-11 | 新疆德安环保科技股份有限公司 | 利用腐植酸制备炭包覆磁性埃洛石复合物吸附剂的方法及其所得产物 |
CN108889266A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-11-27 | 青海师范大学 | 一种磁性镁铝复合氧化物及其制备方法和应用 |
CN109277149A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-29 | 河南师范大学 | 一种机械球磨制备纳米氢氧化镁包裹四氧化三铁复合材料的方法 |
CN112316902A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-05 | 南京正森环保科技有限公司 | 一种复合MgO吸附剂及其制备方法与应用 |
CN113522222A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-10-22 | 中南大学 | 一种铁改性赤泥基磁性吸附剂的制备方法及其在复合重金属废水中的应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
"《中国冶金百科全书》", 冶金工业出版社, pages: 523 * |
黄洋龙等: "磁性氧化镁的制备及其对氟离子的吸附行为研究", 《水处理技术》, vol. 47, no. 8, pages 81 - 85 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114307943B (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111203180B (zh) | 一种磁性生物炭复合吸附剂及其制备方法和应用 | |
CN103191699B (zh) | 一种铁氧体/石墨烯复合吸附剂及其制备、使用方法 | |
CN110694662B (zh) | 一种二维I掺杂BiOIO3/g-C3N4复合催化剂及其制备方法与应用 | |
CN111617742B (zh) | 一种生物炭负载铁锰材料的制备方法和应用 | |
CN111774045A (zh) | 一种硅藻土吸附剂的再生方法 | |
CN114272892A (zh) | 一种co2捕集吸附剂及其制备方法和应用 | |
CN109603760B (zh) | 一种吸附盐酸四环素的磁性纳米材料NiFe2O4@ N–C的制备方法 | |
CN111825475A (zh) | 一种改性赤泥质多孔陶瓷及其制备方法和应用 | |
CN106824069A (zh) | 用于处理含砷废水的稀土掺杂铁炭材料的制备方法 | |
CN114100573B (zh) | 一种MOFs衍生多孔碳包覆的铁氧化物复合材料的制备方法 | |
CN100369666C (zh) | 含硅纳米氧化钙高温二氧化碳吸附剂和该吸附剂的制备方法以及在制氢工艺中的应用 | |
CN108383540B (zh) | 一种改性粉煤灰陶瓷及其制备方法和应用 | |
CN110711554A (zh) | 一种磁性活性炭的制备方法和应用 | |
CN114307943A (zh) | 一种磁性MgO吸附剂及其制备方法和应用 | |
CN111250033B (zh) | 一种金属氧化物多孔微纳分级结构修饰的蜂巢石及其制备方法和应用 | |
CN115041127B (zh) | 一种磁性铈基金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用 | |
CN108745405B (zh) | 氮化碳/氮掺中空介孔碳/三氧化二铋三元z型光催化剂及其制备方法 | |
CN114367271B (zh) | 一种负载型MnOX@NiCo-MOF复合材料的制备方法 | |
CN105536689B (zh) | 一种负载型脱砷剂及其制备方法 | |
CN105854785A (zh) | 一种磁性负载二氧化锰复合材料吸附去除水体中铅污染的方法 | |
CN113023823A (zh) | 一种用于净化含砷重金属溶液的复合材料的制备方法 | |
CN116099497B (zh) | 一种复合锂吸附剂及其制备方法 | |
CN117299074B (zh) | 一种多孔碳复合介孔锰锌铁氧体的制备方法和应用 | |
CN116726882B (zh) | 一种多尺寸八面体MIL-88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法 | |
CN112723346B (zh) | 一种用于从混合金属溶液中选择性吸附铜离子的氮掺杂石墨烯量子点杂化膜的制备方法 |
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 |