[發明專利]一種吸附Cr(VI)的分級鎂鋁水滑石的制備方法

有效

• 申請號: 201310556309.4
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103551104A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 蔡衛權;李廣濟;余家國;弗朗西斯·沃波特
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B01J20/08
• 分類號: B01J20/08;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及用于環境凈化領域的鎂鋁水滑石材料，確切地說是一種吸附Cr(VI)并可循環再生的分級鎂鋁水滑石吸附劑的制備方法。

背景技術

鉻是工業廢水中常見的重金屬元素之一，含鉻廢水對生態環境和人體健康都有很嚴重的危害，特別是Cr(VI)的毒性很大，很容易被人體吸收并在人體中積累，具有高致癌性。因此含鉻廢水的治理引起了社會各界的關注。含Cr(VI)廢水的處理方法有化學沉淀法、離子交換法、電解法、吸附法等十余種，其中多孔固體吸附法具有操作簡便和實用性強等優點，因而在含Cr(VI)廢水處理領域具有較強的競爭力。

鎂鋁水滑石是一種層狀雙金屬氫氧化物，是一種由層間陰離子和帶正電荷層板有序組裝而成的陰離子型層狀化合物，利用鎂鋁水滑石獨特的記憶效應，在水溶液中焙燒后的鎂鋁水滑石通過吸附環境中的陰離子來恢復其層狀雙電層結構，因此，可以利用焙燒后得到的鎂鋁金屬氧化物吸附Cr(VI)。CN02156747.6報道了一種鎂鋁水滑石的清潔合成方法，焙燒碳酸鎂制備出活性氧化鎂后，將此氧化鎂與鋁酸鈉反應制得鎂鋁水滑石。該方法的難點在于能否制備出活性氧化鎂將影響到能不能制備出鎂鋁水滑石，且反應過程中要嚴格控制pH和投堿量，因而制備過程較復雜，成本也較高。CN200710053124.6報道了一種制備納米鎂鋁水滑石的方法及其設備，采用液-液兩相共沉淀法，配置鎂鹽和鋁鹽溶液，加入碳酸氫銨溶液，在靜態混合器中反應后，再通過管道輸送到密閉的搪瓷釜內進行熟化，生成鎂鋁水滑石。該方法能有效的控制晶粒大小，且粒度分布均勻，其不足之處在于所制備的鎂鋁水滑石的形貌難以控制，且制備過程復雜。目前已有將鎂鋁水滑石用于水體污染物吸附的報道。例如，CN101972631A公開了一種多級結構水滑石吸附劑及其制備方法，通過靜態晶化Mg²⁺/Al³⁺/十二烷基磺酸鈉（SDS）/尿素溶液，并借助陰離子表面活性劑SDS囊泡模板的界面誘導作用及其在水滑石層板間的插層作用，合成了對有機污染物具有優良吸附性能的多級結構水滑石。再如，CN103274491A公開了一種用鎂鋁水滑石吸附去除水中釩的方法，該方法通過在一定條件下水熱硝酸鎂/硝酸鋁/碳酸鈉/氫氧化鈉、水體系，制得了鎂鋁水滑石吸附劑，并且對鎂鋁水滑石進行焙燒可以改善其吸附性能，但該方法制備出的鎂鋁水滑石吸附量較低，且沒有提到其再生使用性能。

綜上，迄今還鮮有結構調節劑輔助水熱法制備形貌多樣的分級鎂鋁水滑石，進而與其對劇毒污染物Cr(VI)的吸附性能關聯并進行循環再生的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種制備方法簡便、條件相對溫和的分級鎂鋁水滑石的制備方法，其對水體中的重金屬污染物Cr(VI)具有良好的吸附性能，并且其結構穩定，再生循環性能良好。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：（1）將一定量的鎂鹽和鋁鹽依次溶解在蒸餾水中，隨后加入尿素攪拌至溶解；然后向上述溶液中加入聚丙烯酸鈉（PAAS）、聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物（P123）和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物（F127）等結構調節劑中的一種或其任意比例的混合物，在室溫下攪拌形成溶液。該溶液中鎂鹽是硝酸鎂、氯化鎂和硫酸鎂中的一種，鋁鹽是硝酸鋁、氯化鋁和硫酸鋁中的一種；Mg²⁺濃度為0.2～0.8mol/L，Mg²⁺和Al³⁺的濃度比為2～4；尿素和Mg²⁺的摩爾比為10.0～15.0；所述結構調節劑的質量濃度為0.67～10%。

（2）將上述混合溶液轉移至水熱釜中進行水熱反應，得水熱產物。

（3）水熱產物經自然冷卻至室溫、過濾后，先用蒸餾水洗滌濾餅至中性，然后將中性濾餅用無水乙醇分散洗滌并過濾，再經真空干燥、焙燒后制得所述吸附劑。

所述水熱反應的工藝參數為：水熱溫度為100～200℃、水熱時間為20～48h；

所述真空干燥的工藝參數為：干燥溫度為60～100℃、干燥時間為4～16h；

所述焙燒操作的工藝參數為：靜態焙燒溫度在400～600℃，焙燒時間為2～8h，焙燒氣氛為空氣。

所述的分級鎂鋁水滑石應用于Cr(VI)吸附時Cr(VI)溶液的濃度為20～100mg/L、pH=3。所述的分級鎂鋁水滑石表現為微米級橢球狀粒子和超細微米線狀粒子共存的狀態、微米級的片層狀粒子結構、微米線相互交織組裝而成的束狀結構、微米線結構、微米棒相互交織組裝而成的三維束狀結構、微米級類球形顆粒狀結構。