CN115739012B - 硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115739012B CN115739012B CN202211336275.3A CN202211336275A CN115739012B CN 115739012 B CN115739012 B CN 115739012B CN 202211336275 A CN202211336275 A CN 202211336275A CN 115739012 B CN115739012 B CN 115739012B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ferrihydrite
- siliceous
- halloysite nanotube
- coated
- nanotube composite
- 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
Links
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 198
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 197
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 186
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 63
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 37
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 36
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 abstract description 12
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 27
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 7
- -1 Na 2SiO3 Chemical compound 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021519 iron(III) oxide-hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002803 Si-O-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002802 Si–O–Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N [Fe].OOO Chemical compound [Fe].OOO CUPCBVUMRUSXIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 2
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920002274 Nalgene Polymers 0.000 description 1
- 229910020489 SiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001657 ferrierite group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910021655 trace metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000733 zeta-potential measurement Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用，制备方法包括：活化埃洛石纳米管、浸渍吸附三价铁离子、沉积水铁矿并进行老化。本发明的制备方法中，以埃洛石纳米管为水铁矿的载体，可以同时克服水铁矿易团聚和易相变的缺点，因而可以充分利用水铁矿表面羟基基团来吸附重金属离子，由此制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂具有性质稳定且分散性好、比表面积大、吸附容量大等优点，是一种性能优异的新型重金属吸附剂，可广泛用于处理重金属废水且能够快速、彻底的去除水体中的重金属，使用价值高，应用前景好。本发明制备方法还具有工艺简单、过程可控、可连续生产等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于重金属处理领域，涉及一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
水铁矿(Fe5HO8·4H2O，标记为Fh)是一种无定形的和结晶性差的羟基氧化铁(ironoxyhydroxide)，具有极细的晶粒尺寸(1-7nm)、大的表面积(200-350m2/g)和高密度的功能羟基基团，这些特性有助于提高水铁矿对痕量金属离子(例如：Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、As3+、Cr3+)的反应性和亲和力，明显区别于其他类型的氧化铁。然而，水铁矿属于热力学亚稳态化合物，随着时间的推移，会转变为更结晶和更稳定的产物，如针铁矿α-FeOOH或赤铁矿α-Fe2O3，导致吸附能力下降。此外，水铁矿纳米颗粒的胶体稳定性很差，在水溶液中很容易发生自发团聚，从而对吸附性能产生不利影响。
目前，针对水铁矿易相变的缺点，主要技术策略是在水铁矿中掺杂硅氧化物(例如Na2SiO3、H4SiO4、四乙氧基硅烷)，然而，由此获得的硅质水铁矿二元氧化物(标记为SiFh)主要以纳米颗粒形式存在，因而与水铁矿类似地也存在有倾向于自发聚集、易形成低吸附性能大颗粒方面的缺陷。因此，如何同时克服水铁矿易相变和硅质水铁矿易团聚的缺陷，以获得一种性质稳定且分散性好的水铁矿吸附材料，对于有效去除水体中的重金属具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种性质稳定且分散性好、比表面积大、吸附容量大的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、对埃洛石纳米管进行活化处理；
S2、将活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液混合，超声处理，搅拌，得到表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液；
S3、调节表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液的pH值为5～8，搅拌，得到表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液；
S4、调节表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液的pH值为11～13，老化，得到硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，进一步改进的，所述S4中，所述老化在80℃～120℃下进行；所述老化的时间为24h～96h。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，进一步改进的，所述S1中，所述活化处理为将埃洛石纳米管与食人鱼溶液混合，在60℃～100℃下搅拌30min～120min，离心，洗涤，干燥，得到活化埃洛石纳米管；所述埃洛石纳米管与食人鱼溶液的质量体积比为0.5～3g∶10mL；所述食人鱼溶液中浓H2SO4和H2O2的体积比为7∶3。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，进一步改进的，所述S2中，所述活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液的质量体积比为0.35g～5.6g∶12.5mL；所述三价铁离子溶液为硝酸铁溶液；所述三价铁离子溶液中三价铁离子的浓度为0.5M～3M；所述混合过程中调节三价铁离子溶液的pH值为2～4；所述超声处理的时间为20min～60min；所述搅拌的时间为1h～7h。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，进一步改进的，所述S3中，所述搅拌的时间为5min～30min。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，由上述的制备方法制得。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，进一步改进的，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂是以埃洛石纳米管为载体，所述埃洛石纳米管表面包覆有硅质水铁矿纳米颗粒；所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为20％～80％。
上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，进一步改进的，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为30％～50％；所述硅质水铁矿纳米颗粒的粒径为3.5nm～6.7nm；所述硅质水铁矿纳米颗粒为掺杂有硅元素的水铁矿纳米颗粒；所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂具有介孔结构，介孔尺寸为2nm～10nm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂在处理重金属废水中的应用。
上述的应用，进一步改进的，所述应用包括以下步骤：将硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属废水混合进行振荡吸附，完成对废水中重金属的处理。
上述的应用，进一步改进的，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属废水的质量体积比为0.5mg～3mg∶40mL。
上述的应用，进一步改进的，所述重金属废水中的重金属离子为Cd2+；所述重金属废水中重金属离子的初始浓度≤180mg/L；所述重金属废水的pH值为3～8。
上述的应用，进一步改进的，所述振荡吸附过程中转速为100rpm～200rpm；所述振荡吸附过程中温度为25℃～45℃；所述振荡吸附的时间为1min～200min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)针对现有水铁矿易相变且硅质水铁矿又易团聚等缺陷，本发明创造性的提出了一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，先对埃洛石纳米管进行活化处理，去除杂质，增加表面亲水性，侵蚀纳米管内部的氧化铝层并暴露更多的二氧化硅，这有利于埃洛石纳米管稳定吸附三价铁离子，因而在将活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液混合后，通过超声处理混合均匀，并可利用搅拌作用使三价铁离子快速粘附在埃洛石表面，在吸附达到饱和后，通过调节表面吸附有三价铁离子的埃洛石悬浮液的pH值为5～8，三价铁离子转化成水铁矿并粘附在埃洛石纳米管表面，进而通过调节表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液的pH值为11～13，构建碱性环境，并在碱性环境下进行老化处理，在此过程中，埃洛石纳米管会释放硅酸盐SiO4 4-，且可以与水铁矿发生共沉淀并转化成硅质水铁矿纳米颗粒，即在埃洛石纳米管表面生成硅质水铁矿纳米颗粒，一方面，通过将水铁矿转化成硅质水铁矿，达到抑制水铁矿相变和稳定水铁矿的目的，另一方面，以埃洛石纳米管作为支撑物来锚定和分散硅质水铁矿纳米颗粒，可以大幅降低其团聚程度，由此可以同时克服水铁矿易团聚和易相变的缺点，最终达到充分利用水铁矿表面羟基基团来吸附重金属离子的目的。本发明制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂具有性质稳定且分散性好、比表面积大、吸附容量大等优点，是一种性能优异的新型重金属吸附剂，可广泛用于处理重金属废水且能够快速、彻底的去除水体中的重金属，使用价值高，应用前景好。同时，本发明制备方法还具有工艺简单、过程可控、可连续生产等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用。
(2)本发明制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，以埃洛石纳米管为载体，与其他载体材料相比，其具有以下优势：(a)埃洛石纳米管的1D纳米管结构比2D纳米片表现出更好的分散性和更大的表面积，这有利于与硅质水铁矿纳米颗粒的充分接触；(b)埃洛石纳米管表面在较宽的pH值范围内(pH>2)携带净负电荷，这有利于通过静电吸附作用粘附和负载带正电荷的金属离子或硅质水铁矿纳米颗粒；(c)埃洛石纳米管外壁是氧化硅成分，内腔壁则是氧化铝成分，这种可调的表面化学性质有利于对其进行各种类型的改性，从而有利于获得适合于吸附重金属离子或硅质水铁矿纳米颗粒的表面结构。(d)埃洛石纳米管作为一种天然存在的粘土矿物，具有高机械稳定性、良好的生物相容性和低成本可用性，这也使以它作为载体的复合材料表现出极高的稳定性、更好的生物相容性和更低的成本。
(3)本发明制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中，还优化了硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为20％～80％，特别是质量含量为30％～50％时，更有利于形成更为发达的介孔结构，从而能够获得更大的比表面积、更多的活性位点以及更加优异的吸附性能。
(4)本发明还提供了一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂在处理重金属废水中的应用，以重金属镉废水为例，通过将硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属镉废水混合进行振荡吸附，即可快速、彻底的去除废水中的重金属镉，具有操作方便、处理效率高、去除效果好等优点，对于有效去除水体中的重金属具有重要意义。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XRD图。
图3为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的TEM图。
图4为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的元素映射分析图。
图5为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的FTIR图。
图6为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XPS图。
图7为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的BET孔径分布图。
图8为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)在不同pH值条件下的表面电位图和镉吸附性能图。
图9为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)在镉吸附前后的XPS分析图。
图10为本发明实施例2中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)在不同处理时间条件下对废水中镉离子的吸附效果图。
图11为本发明实施例3中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)在不同温度条件下对不同浓度废水中镉离子的吸附效果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中，若无特别说明，所采用的材料和仪器均为市售。所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。
实施例1
一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、采用食人鱼溶液对埃洛石纳米管进行活化处理，用食人鱼溶液激活埃洛石纳米管，以去除有机杂质，增加表面亲水性，侵蚀纳米管内部的氧化铝层并暴露更多的二氧化硅，具体而言，将10g干燥的埃洛石纳米管加入到100mL食人鱼溶液(浓H2SO4和H2O2体积比7:3)中，得到分散液，将分散液在98℃水浴中连续搅拌60分钟，冷却至室温后，将活化的埃洛石纳米管离心并用超纯水反复洗涤，直到上清液变为中性，在60℃真空干燥过夜后，得到活化埃洛石纳米管，储存在干燥器中备用。
S2、将活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液混合，超声处理，搅拌，以将铁(III)阳离子粘附在埃洛石纳米管表面，具体为，将0.93g活化埃洛石纳米管添加到12.5ml的2.0MFe(NO3)3溶液中，用少量0.1M NaOH和HNO3溶液将悬浮液的pH值调节至3.5，以尽量减少铁离子的过早水解，然后超声处理30分钟后，磁力搅拌5小时以充分浸渍埃洛石纳米管，并使三价铁离子粘附在埃洛石纳米管表面，得到表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液。
S3、采用5M NaOH溶液调节表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液的pH值为7，剧烈搅拌10分钟，充分混合，使三价铁离子转化成水铁矿并粘附在埃洛石纳米管表面，得到表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液。
S4、采用5M NaOH溶液调节表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液的pH值为12，在98℃的油浴中老化40小时，在这个过程中，埃洛石纳米管会释放硅酸盐SiO4 4-，而水铁矿会溶解并与硅酸盐SiO4 4-共沉淀，在埃洛石纳米管表面生成硅质水铁矿SiFh纳米颗粒，对老化后的产物进行离心，用超纯水和乙醇交替洗涤重复3次，50℃真空干燥过夜，得到硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，编号为SiFh@HNT40。
本实施例中，制得的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)是以埃洛石纳米管为载体，埃洛石纳米管表面包覆有硅质水铁矿纳米颗粒，其中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为40％；硅质水铁矿纳米颗粒的粒径为3.5-6.7nm，且硅质水铁矿纳米颗粒为掺杂有硅元素的水铁矿纳米颗粒。
本实施例中，还制备了不同埃洛石纳米管含量的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，其中步骤S2中活化埃洛石纳米管的加入量为0.35g、2.1g和5.6g时，对应的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，依次编号为SiFh@HNT20、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80，且硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)中埃洛石纳米管的质量占比依次为20％、60％和80％。
图2为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XRD图。如图2所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XRD图谱中，几乎所有的特征反射峰都归属于埃洛石纳米管或者水铁矿，并未发现其他氧化铁成分(例如：针铁矿或者赤铁矿)的特征反射峰，这说明埃洛石纳米管的存在明显稳定了水铁矿，抑制了水铁矿的相变。
图3为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的TEM图。如图3所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的TEM图像中，可以更清晰地观察到：大量均匀尺寸的水铁矿纳米微晶(～5nm)紧密聚集并分散支撑在埃洛石纳米管上。
图4为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的元素映射分析图。如图4所示，根据本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)的元素映射分析进一步表明，负载在埃洛石纳米管上的水铁矿纳米微晶中均匀地掺杂了Si元素，这就证明了：埃洛石纳米管经脱硅释放的溶解态硅酸盐已结合到水铁矿表面，并生成硅质水铁矿SiFh纳米颗粒。
图5为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的FTIR图。如图5所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的FTIR图谱中，Si-O-Fe(910-1050cm-1的红色区域)的存在，也证实了硅质水铁矿SiFh的生成。
图6为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XPS图。如图6所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的XPS光谱结果中，O1s全峰内出现了Si-O-Fe新峰(532.5eV)；而且，随着埃洛石纳米管含量从到增加，Si-O-Fe新峰在整个O1s峰中的比例从SiFh@HNT20的5.6％增加到SiFh@HNT80的18.3％，这个表征结果也验证了硅质水铁矿SiFh在复合材料SiFh@HNTs中的生成。
图7为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)的BET孔径分布图。如图7所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)BET孔径分布图表明：水铁矿表面空隙主要是1-2nm的微孔；相比较而言，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂上的微孔比例大大降低，取而代之的是形成了大量的尺寸为2-10nm的介孔结构。此外，随着埃洛石纳米管含量的增加，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的孔体积呈现出先增加后减小的变化趋势。在所有硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中，SiFh@HNT40获得最大孔容(0.367cm3/g)(表1)，这一现象表明，在硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中，加入适量的埃洛石纳米管有利于形成更为发达的介孔结构。
如表1所示，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的表面积也呈现出与孔体积一致的变化趋势：随着埃洛石纳米管含量的增加，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的表面积呈现出先增加后减小的变化趋势。在所有硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中，SiFh@HNT40获得最大的表面积(303.4m2/g)(表1)。
表1硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的BET测试结果
同样的，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂表面的Fe-OH基团密度，也呈现出与孔体积和表面积一致的变化趋势。硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的FTIR表征结果(见图5)表明：随着埃洛石纳米管含量的增加，羟基基团在3400cm-1(橙色区域)的峰强度先增强后减弱。硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的XPS表征结果(见图6)也表明：随着埃洛石纳米管含量的增加，整个O1s峰中Fe-OH的比例也呈现先增加后减少的趋势；其中，SiFh@HNT40具有最高的Fe-OH密度，在SiFh@HNT40的整个O1s峰中占比高达58.8％。
就SiFh@HNT40的结构-表面性质形成机制而言，可从三个方面进行综合分析。首先归因于硅质水铁矿SiFh纳米微晶的形成。SiFh纳米微晶的形成显然有助于增加SiFh@HNT40的表面积。而且，SiFh纳米微晶的形成又有利于产生更多Fe空位并由更多的OH基团来平衡。其次，埃洛石纳米管利用其一维纳米管形态和永久负电荷特性，实现了对SiFh纳米微晶的锚定和分散，该过程不仅大大降低了SiFh纳米微晶的团聚程度，而且可以在分散良好的纳米微晶之间搭建丰富的中孔结构。第三，硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNTs)中的埃洛石纳米管的含量存在一个最佳值。当SiFh@HNTs中的埃洛石纳米管的含量过高时，越来越多的SiO4 4-与水铁矿结合并消耗Fe-OH，最终减少了表面羟基基团的数量。相反，当SiFh@HNTs中埃洛石纳米管的含量过低时，HNT衍生的SiO4 4-对水铁矿的抑制效果差，SiFh纳米微晶的产率相应下降，最终导致表面积和羟基密度下降。因此，在SiFh@HNT40中埃洛石纳米管的含量更加合适，并表现出最优异的结构和表面性质。
为了解复合材料SiFh@HNTs在不同pH值下的Cd(II)吸附效果。用pH＝3.0、离子强度为0.001NaNO3的溶液溶解一定质量的Cd(NO3)2制备50mg/L的Cd(II)溶液。然后，将Cd(II)溶液的pH值逐渐增加，并以固定的pH间隔取20ml等分试样。将取出的等分试样添加到50mLNalgene螺旋盖玻璃瓶中，内含5mg吸附剂。随后，将这些玻璃瓶置于恒温往复式振荡器中，并在30℃和150rpm设置下平衡24小时。实验结束后，用0.2μm过滤器过滤悬浮液，并用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测量上清液的Cd(II)浓度。
图8为本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)在不同pH值条件下的表面电位图和镉离子吸附效果图。图8中，a为表面电位图，b为镉离子吸附效果图。
如图8a所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)中表面电荷的等电点明显降低，其中SiFh@HNTs的zeta电位测定结果表明：埃洛石纳米管的引入，使得硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中表面电荷的等电点明显低于纯水铁矿(pHiep＝6.8)；而且，随着埃洛石纳米管含量的增加，从SiFh@HNT20的pHiep＝5降低到SiFh@HNT80的pHiep＝4.5。
如图8b所示，本发明实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT20、SiFh@HNT40、SiFh@HNT60和SiFh@HNT80)，在pH 3-8范围内，对Cd(II)的吸附性能随pH升高而升高，具体为：随着埃洛石纳米管含量的增加，SiFh@HNTs的Cd(II)吸附性能先升高后降低；其中，埃洛石纳米管含量为40％的SiFh@HNT40表现出最好的镉吸附性能，在常规pH条件(pH＝6.0)下镉吸附性能高达142mg/g。相比较而言，纯埃洛石和纯水铁矿的镉吸附性能明显很低，二者都仅为20mg/g左右。除此之外，SiFh@HNT40作为Cd(II)吸附剂，还表现出相对较宽的pH适用范围，即使在很低的pH 4条件下也可以获得78.4mg/g的良好吸附性能。由此可见，SiFh@HNTs对Cd(II)的吸附性能与材料中埃洛石纳米管含量有密切关系。
吸附剂的吸附机理
羟基氧化铁主要通过其功能性羟基以内球络合的形式特异性地吸附重金属离子，本发明的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂也符合这个规律，且SiFh@HNT40的羟基含量最高，同时也表现出最好的Cd(II)吸附性能。对吸附前后SiFh@HNT40进行XPS和FTIR分析，清楚地证实了表面羟基的确是SiFh@HNT40进行Cd(II)吸附的主要吸附位点。具体而言，对镉吸附后的SiFh@HNT40进行XPS全谱扫描(图9a)，结果显示Cd3d峰以新的结合能出现。对镉吸附后的SiFh@HNT40进行Cd3d的精细扫描谱(图9b)，结果显示：Cd3d能态的特征双峰Cd3d5/2和Cd3d3/2分别出现在结合能为412.7eV和406.1eV的位置，这些结果清楚地证明Cd(II)被吸附到SiFh@HNT40上。此外，在SiFh@HNT40的O1s精细扫描谱(图9c)中，Fe-OH拟合峰的比例从镉吸附前的58.8％(见图6)明显下降到吸附后的27.9％。上述结果清楚地证明：SiFh@HNT40主要是通过其表面羟基来吸附Cd(II)。
此外，SiFh@HNT40作为Cd(II)吸附剂表现出相对较宽的pH适用范围，即使在低pH条件下也可以获得良好的吸附性能。这种现象的潜在机制可归因于SiFh@HNT40极低的等电点pHiep＝4.5。如此低的等电点，使得SiFh@HNT40可以在低pH范围(例如：pH 4-6)内发生去质子化作用，形成净负电荷，从而对Cd(II)产生良好亲和力。
综合上述结果，本发明制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，具有极为发达的介孔结构，并表现出优良的表面特性，如比表面积高达303.4m2/g，等电点低至pHiep＝4.5，以及含丰富的功能性羟基基团，因而本发明硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂具有性质稳定且分散性好、比表面积大、吸附容量大等优点，是一种性能优异的新型重金属吸附剂，可广泛用于处理重金属废水且能够快速、彻底的去除水体中的重金属，使用价值高，应用前景好。
实施例2
一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂在处理重金属废水中的应用，具体为利用硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂重金属镉废水，包括以下步骤：
取3份实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)，每份70mg，分别加入到280mL、Cd浓度为50mg/L、pH＝6的重金属镉化工废水(采自某化工厂)中。置于25℃、150rpm的恒温水浴锅中振荡吸附，其中振荡吸附的时间分别为1min、5min、10min、30min、60min、120min、240min、360min、720min和1440min完成对重金属镉废水的处理。
振荡吸附完成后，取5mL处理后溶液过0.45μm的水系滤膜，每个滤液均采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定重金属镉含量，并计算得出SiFh@HNT40复合材料对重金属镉离子的吸附量随时间变化的趋势，结果如图10所示。
图10为本发明实施例2中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)在不同处理时间条件下对废水中镉离子的吸附效果图。如图10所示，本发明硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)对废水中镉离子的吸附效果图。如图10，对重金属镉的吸附量随时间的增加而增大，仅30min就去除了99％的镉。在24h达到平衡，吸附量为115mg/g。相比之下，作为SiFh@HNT40的前体的埃洛石和水铁矿对Cd(II)的吸附性能很差，仅仅分别达到26mg/g和15.5mg/g，上述结果说明SiFh@HNT40可以快速高效的吸附去除化工废水中的重金属镉。
实施例3
将采集自某冶金集团的重金属镉废水进行梯度稀释，得到镉浓度介于5-146mg/L之间的7种不同浓度的镉废水，以研究初始Cd(II)浓度和温度对SiFh@HNT40吸附性能的影响。
取7份实施例1中制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)，每份5mg，分别加入到7种不同镉初始浓度的20mL镉废水中，置于25℃、150rpm的恒温水浴锅中振荡吸附。同时，将吸附体系温度分别升高到35℃和45℃，重复本实验两次。
振荡吸附完成后，取5mL处理后溶液过0.45μm的水系滤膜，每个滤液均采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定重金属镉含量，并计算得出SiFh@HNT40复合材料对重金属镉离子的吸附量随镉初始浓度和温度变化的趋势，结果如图11所示。
图11为本发明实施例3中硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂(SiFh@HNT40)在不同温度条件下对不同浓度废水中镉离子的吸附效果图。如图11所示，在24h达到平衡，25℃实验组的镉吸附量为105mg/g，35℃实验组的镉吸附量为115mg/g，45℃实验组的镉吸附量为128mg/g，这说明SiFh@HNT40能快速高效的去除冶金废水中的镉，而且温度越高，吸附效果越好。相比之下，作为SiFh@HNT40的前体的埃洛石和水铁矿对Cd(II)的吸附性能很差，仅仅分别达到19.2–20.3mg/g和6.4–14.5mg/g。
由上述结果可知，本发明制备的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂用于处理重金属废水时，通过将硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属废水混合进行振荡吸附，即可快速、彻底的去除废水中的重金属，具有操作方便、处理效率高、去除效果好等优点，对于有效去除水体中的重金属具有重要意义。
以上仅是本发明以较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用食人鱼溶液对埃洛石纳米管进行活化处理；
S2、将活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液混合，超声处理，搅拌，得到表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液；
S3、调节表面吸附有三价铁离子的埃洛石纳米管悬浮液的pH值为5～8，搅拌，得到表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液；
S4、调节表面沉积有水铁矿的埃洛石纳米管混合液的pH值为11～13，老化，得到硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂。
2.根据权利要求1所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S4中，所述老化在80℃～120℃下进行；所述老化的时间为24h～96h。
3. 根据权利要求1或2所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述活化处理为将埃洛石纳米管与食人鱼溶液混合，在60℃～100℃下搅拌30 min～120min，离心，洗涤，干燥，得到活化埃洛石纳米管；所述埃洛石纳米管与食人鱼溶液的质量体积比为0.5～3g∶10 mL；所述食人鱼溶液中浓H2SO4和H2O2的体积比为7∶3。
4. 根据权利要求1或2所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S2中，所述活化处理后的埃洛石纳米管与三价铁离子溶液的质量体积比为0.35g～5.6 g∶12.5 mL；所述三价铁离子溶液为硝酸铁溶液；所述三价铁离子溶液中三价铁离子的浓度为0.5M～3M；所述混合过程中调节三价铁离子溶液的pH值为2～4；所述超声处理的时间为20min～60min；所述搅拌的时间为1h～7h。
5.根据权利要求1或2所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述搅拌的时间为5min～30min。
6.一种硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，其特征在于，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂由权利要求1～5中任一项所述的制备方法制得。
7.根据权利要求6所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，其特征在于，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂是以埃洛石纳米管为载体，所述埃洛石纳米管表面包覆有硅质水铁矿纳米颗粒；所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为20%～80%。
8. 根据权利要求7所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂，其特征在于，所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂中埃洛石纳米管的质量含量为30%～50%；所述硅质水铁矿纳米颗粒的粒径为3.5nm～6.7nm；所述硅质水铁矿纳米颗粒为掺杂有硅元素的水铁矿纳米颗粒；所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂具有介孔结构，介孔尺寸为2nm～10 nm。
9.一种如根据权利要求6～8中任一项所述的硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂在处理重金属废水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属废水混合进行振荡吸附，完成对废水中重金属的处理；
所述硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂与重金属废水的质量体积比为0.5mg～3mg∶40 mL；
所述重金属废水中的重金属离子为Cd2+；所述重金属废水中重金属离子的初始浓度≤180mg/L；所述重金属废水的pH值为3～8；
所述振荡吸附过程中转速为100rpm～200rpm；所述振荡吸附过程中温度为25℃～45℃；所述振荡吸附的时间为1min～200 min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211336275.3A CN115739012B (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211336275.3A CN115739012B (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115739012A CN115739012A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115739012B true CN115739012B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=85355851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211336275.3A Active CN115739012B (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115739012B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105828953A (zh) * | 2013-11-08 | 2016-08-03 | 佐治亚-太平洋化工品有限公司 | 在分离工艺中使用的抑制剂 |
| CN107088398A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-08-25 | 扬州大学 | 埃洛石负载针形四氧化三铁纳米复合材料的制备方法 |
| CN108686624A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-23 | 福建师范大学 | 一种功能化纳米水铁矿的制备方法和应用 |
| CN109694114A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-30 | 中南大学 | 铝代水铁矿在吸附重金属中的应用 |
| CN113797886A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-17 | 广东省科学院生态环境与土壤研究所 | 一种蒙脱石复合材料及其吸附重金属的应用 |
| CN114192116A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-03-18 | 广州大学 | 一种改性埃洛石复合材料及其应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012099445A2 (ko) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | 경북대학교 산학협력단 | 활성탄 나노기공 내부에 산화물을 함침시켜 유기-무기 복합 하이브리드 흡착제를 제조하는 방법과 이를 수처리에 이용하는 방법 |
| KR101354268B1 (ko) * | 2011-12-28 | 2014-02-07 | 경북대학교 산학협력단 | 입상 산화물 흡착제 제조방법 및 이를 이용한 수처리 방법 |
| CN102836693B (zh) * | 2012-09-19 | 2014-05-14 | 清华大学 | 一种用于去除放射性废水中Cs离子的磁核包覆型无机离子吸附剂及其制备方法 |
| US20180345247A1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-12-06 | Somaye Akbari | Modification of halloysite mineral adsorbent by dendritic polymer in convergent synthetic route and its application |
| CN112004778B (zh) * | 2018-04-25 | 2023-09-12 | 杰富意矿物股份有限公司 | 准埃洛石粉末及其制造方法 |
| US11459247B2 (en) * | 2018-10-19 | 2022-10-04 | Qatar Foundation For Education, Science And Community Development | Iron oxide modified halloysite nanomaterial |
-
2022
- 2022-10-28 CN CN202211336275.3A patent/CN115739012B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105828953A (zh) * | 2013-11-08 | 2016-08-03 | 佐治亚-太平洋化工品有限公司 | 在分离工艺中使用的抑制剂 |
| CN107088398A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-08-25 | 扬州大学 | 埃洛石负载针形四氧化三铁纳米复合材料的制备方法 |
| CN108686624A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-23 | 福建师范大学 | 一种功能化纳米水铁矿的制备方法和应用 |
| CN109694114A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-04-30 | 中南大学 | 铝代水铁矿在吸附重金属中的应用 |
| CN113797886A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-17 | 广东省科学院生态环境与土壤研究所 | 一种蒙脱石复合材料及其吸附重金属的应用 |
| CN114192116A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-03-18 | 广州大学 | 一种改性埃洛石复合材料及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 冯琳 ; 吴春来 ; 张霞 ; 朱桂芬 ; 樊静 ; .氨基改性埃洛石纳米管对痕量孔雀石绿的吸附研究.化学研究与应用.2017,(第03期),全文. * |
| 氨基改性埃洛石纳米管对痕量孔雀石绿的吸附研究;冯琳;吴春来;张霞;朱桂芬;樊静;;化学研究与应用(第03期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115739012A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Functionalized biochar-supported magnetic MnFe 2 O 4 nanocomposite for the removal of Pb (ii) and Cd (ii) | |
| Jian et al. | Self-assembled one-dimensional MnO 2@ zeolitic imidazolate framework-8 nanostructures for highly efficient arsenite removal | |
| Zhou et al. | Adsorption of mercury (II) with an Fe 3 O 4 magnetic polypyrrole–graphene oxide nanocomposite | |
| Zhang et al. | Ultra high adsorption capacity of fried egg jellyfish-like γ-AlOOH (Boehmite)@ SiO2/Fe3O4 porous magnetic microspheres for aqueous Pb (II) removal | |
| TWI453165B (zh) | 水處理組成物的製造方法 | |
| Chen et al. | One-step hydrothermal synthesis of hydrophilic Fe 3 O 4/carbon composites and their application in removing toxic chemicals | |
| Yu et al. | Removal of Cu (ii) from aqueous solution using Fe 3 O 4–alginate modified biochar microspheres | |
| KR20120021993A (ko) | 산화철 나노 입자를 포함하는 메조포러스 카본의 제조방법 | |
| CN108704610B (zh) | 磁性碳修饰的镁铁水滑石复合材料及其制备方法和应用 | |
| Hou et al. | Synthesis of core–shell structured magnetic mesoporous silica microspheres with accessible carboxyl functionalized surfaces and radially oriented large mesopores as adsorbents for the removal of heavy metal ions | |
| Sajjadi et al. | Double-layer magnetized/functionalized biochar composite: Role of microporous structure for heavy metal removals | |
| CN114425340B (zh) | 一种生物炭修饰钴铁双金属复合催化剂的制备及在催化降解四环素中应用 | |
| US8697019B2 (en) | Nanostructured compositions having reduced dissolution of manganese and methods of making and using the same | |
| Zhang et al. | The fabrication and application of magnetite coated N-doped carbon microtubes hybrid nanomaterials with sandwich structures | |
| Guo et al. | Synthesis and application of 8-hydroxyquinoline modified magnetic mesoporous carbon for adsorption of multivariate metal ions from aqueous solutions | |
| Lei et al. | Sodium alginate-based magnetic carbonaceous biosorbents for highly efficient Cr (VI) removal from water | |
| CN108114694B (zh) | 一种有机修饰磁性碱性钙基膨润土及其制备方法 | |
| CN113042000A (zh) | 一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113198416A (zh) | 一种零价铁/介孔二氧化硅复合材料的制备方法及应用 | |
| Liao et al. | Cd (ii) removal by Fe (ii) surface chemically modified layered double hydroxide–graphene oxide: performance and mechanism | |
| CN109092286A (zh) | 一种负载纳米金属氧化物的制备方法 | |
| Hong et al. | Highly stable mesoporous silica nanospheres embedded with FeCo/graphitic shell nanocrystals as magnetically recyclable multifunctional adsorbents for wastewater treatment | |
| Papynov et al. | Nanostructured magnetic sorbents for selective recovery of uranium (VI) from aqueous solutions | |
| CN115739012B (zh) | 硅质水铁矿包覆埃洛石纳米管复合吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN112044399A (zh) | 一种锰氧化物-生物竹炭复合材料及其制备方法 |
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 |