本發(fā)明涉及含重金屬離子廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及將植酸鹽與1,5-萘二磺酸鹽插層改性類水滑石，用作分離廢水中鉛離子的吸附劑。

背景技術(shù)：
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鉛是一種常見有毒金屬元素，目前含鉛廢水主要來源于工業(yè)廢水、城市垃圾與生活污水的排放。鉛致毒濃度低，當(dāng)人體血鉛濃度超過0.3mg/L時，就會出現(xiàn)頭暈等癥狀，長期存在人體中會影響人的骨骼及智力發(fā)育，對動植物的生長存在嚴(yán)重危害，且鉛離子能夠長時間存在于土壤當(dāng)中不易降解。因此對含有鉛離子廢水的分離處理是非常重要的。

目前工業(yè)上分離廢水中鉛離子的方法主要包括化學(xué)沉淀法、生物降解法、膜分離法以及吸附法等。

[1]文獻(xiàn)Environ.Sci.Technol.45(2011)3621-3627中Shubin Yang等人通過利用聚丙烯酰胺改性的碳納米管吸附水溶液中的鉛離子，吸附量大約為37.44mg/g。

[2]文獻(xiàn)Chem.Eng.J.171(2011)167-174中Donglin Zhao等人通過未改性的Mg₂Al-LDHs吸附鉛離子，在室溫343K條件下吸附量大約為75.18mg/g。

[3]專利申請200510049688.3公布了一種分離廢水中鉛的方法，該方法在中性條件下利用電滲析處理廢水，后將其流入離子交換柱達(dá)到分離目的。但該方法在分離鉛時需要消耗大量電力，成本太高。

[4]專利申請201210069633.9公布了一種分離廢水中鉛的方法，即通過投放石灰提升廢水溶液的pH值使鉛離子以沉淀的形式進(jìn)行分離。該方法容易產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢且因為石灰的毒性容易造成二次污染。

[5]專利申請第201210339431.1公布了一種分離廢水中鉛的方法，即將含鉛廢水溶液多次通入離子交換柱中而達(dá)到分離提純的目的。但此方法操作復(fù)雜耗時長且單次去除率低。

上述方法在分離含鉛廢水過程中都存在實驗成本高、條件苛刻、去除率低等缺陷。所以找到一種成本低，去除率高，綠色環(huán)保且操作簡便的分離材料已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和研究。

層狀雙金屬復(fù)合氫氧化物(LDHs)，又被稱為層狀陰離子粘土或類水滑石，因其具有記憶效應(yīng)、高比表面積、較好的離子交換能力而受到人們的廣泛關(guān)注。類水滑石的層間陰離子可以被其他具有較強絡(luò)合能力的陰離子替換，因此它可以作為高效吸附劑應(yīng)用于廢水中重金屬離子去除。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種改性類水滑石吸附劑，并用于分離廢水溶液中鉛離子。

本發(fā)明所提供的改性類水滑石吸附劑，其化學(xué)式是：[Mg²⁺₁-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(Ph)_x/12·mH₂O或[Mg²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(1,5-NDS)_x/2·mH₂O；其中Ph代表植酸根，其化學(xué)式為C₆H₆O₂₄P₆^12-；1,5-NDS代表1,5-萘二磺酸根，其化學(xué)式為C₁₀H₆O₆S₂^2-，x代表鎂/鋁摩爾比，x＝0.25-0.5，m＝4-6。

上述[Mg²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(Ph)_x/12·mH₂O吸附劑是用植酸鹽改性得到的，稱作植酸鹽改性水滑石吸附劑。

[Mg²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(1,5-NDS)_x/2·mH₂O吸附劑是用1,5-萘二磺酸鹽改性類水滑石得到的；稱作1,5-萘二磺酸鹽改性水滑石吸附劑。

上述改性類水滑石吸附劑的制備方法是：

先制備類水滑石前體，其化學(xué)式為[Mg²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+(NO₃^-)_x·mH₂O，其中0.25<x<0.5；

將植酸鹽或1,5-萘二磺酸鹽配成濃度為0.05M-0.3M的改性溶液，將上述類水滑石按照1.0-2.0g/L的比例加入改性溶液中，于70-80℃恒溫條件下在氮氣氛中攪拌10-12h，離心干燥得到改性類水滑石吸附劑。

所述的植酸鹽為C₆H₆Na₁₂O₂₄P₆或C₆H₆K₁₂O₂₄P₆；所述的1,5-萘二磺酸鹽為C₁₀H₆Na₂O₆S₂。

圖1是改性后與改性前水滑石樣品的XRD圖，由圖可見三種改性后的水滑石的(003)峰向小角度偏移，即類水滑石層板間距擴大，說明插層改性后水滑石層間充滿大量能與金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合作用的植酸根和1,5-萘二磺酸根，對鉛離子的最大吸附容量可達(dá)到100.47mg/g，遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)[2]中未插層改性水滑石的最大吸附容量。所以該發(fā)明有利于分離鉛離子。

上述改性類水滑石吸附劑主要用于分離廢水溶液中鉛離子，具體方法如下：

將改性類水滑石吸附劑按1.0-2.0g/L的比例加入到含鉛離子的廢水溶液中，磁力攪拌，用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為3.5-5.5，在25℃～55℃溫度下3～5h達(dá)到吸附平衡，用0.22μm的過濾頭濾出吸附劑并取上層清液。該方法適用于鉛離子濃度為10～100mg/L廢水溶液。

采用日本島津公司的ICPs 7500型元素分析儀對上述分離處理后溶液進(jìn)行定量分析，結(jié)果顯示：植酸鹽改性的水滑石吸附劑對鉛離子的吸附量達(dá)到97.87-100.47mg/g，去除率達(dá)到96.18-99.87％。1,5-萘二磺酸鹽改性的水滑石吸附劑對鉛離子的吸附量達(dá)到74.66-79.03mg/g，去除率達(dá)到73.73-78.75％。

與目前現(xiàn)有的含鉛廢水分離方法相比，例如：化學(xué)沉淀法、生物降解法、膜分離法等。本發(fā)明具有三個特點：1.操作簡單，對操作技能要求不高且不易引入二次污染。2.對鉛離子有超高的去除率，高于現(xiàn)有大部分去除率僅為70％左右的吸附材料。3.達(dá)到平衡的時間僅為3～5h，與離子交換法、膜分離法等10h以上的平衡時間相比效率更高。

本發(fā)明的特點是：首次制備并發(fā)現(xiàn)了插層改性水滑石對廢水溶液中的鉛離子具有較高的去除率且成本低廉不宜引入二次污染，將該吸附劑用于處理含鉛離子的水溶液，為處理含鉛離子廢水的污染問題提供了一類高效的分離材料和較好的去除條件。目前將植酸鹽和1,5-萘二磺酸鹽插層改性類水滑石作為吸附劑去除廢水中鉛離子的應(yīng)用未見文獻(xiàn)報道。

附圖說明

圖1是四種水滑石的XRD譜圖，a是實施例1步驟A制備的水滑石的譜圖；b是實施例1步驟B制備的吸附劑的譜圖；c是實施例2制備的吸附劑的譜圖；d是實施例3制備的吸附劑的譜圖。

圖2是實施例1制備的吸附劑吸附鉛離子的動力學(xué)曲線圖。

圖3是實施例2制備的吸附劑吸附鉛離子的動力學(xué)曲線圖。

圖4是實施例3制備的吸附劑吸附鉛離子的動力學(xué)曲線圖。

具體實施方式

實施例1

用植酸鈉改性水滑石制備[Mg₂Al(OH)₂](Ph)_0.42·4.87H₂O

A.稱量5.128g硝酸鎂和3.751g硝酸鋁溶于70mL燒開的去離子水中，并用氨水將溶液的pH維持在10左右，在120℃下晶化10h，水洗離心并在60℃下干燥24h所得樣品，即為[Mg₂Al(OH)₂](NO₃)₅·5.6H₂O。

B.將得到的Mg₂Al-NO₃-LDH加入100mL溶有植酸鈉0.15M的熱水溶液中，80℃恒溫水浴的條件下在氮氣氛中攪拌12h，離心干燥，得到改性水滑石吸附劑，其化學(xué)式是[Mg₂Al(OH)₂](Ph)_0.42·4.87H₂O。

實施例2

用植酸鉀改性水滑石制備[Mg₂Al(OH)₂](Ph)_0.42·4.87H₂O

A.稱量5.128g硝酸鎂和3.751g硝酸鋁溶于70mL燒開的去離子水中，并用氨水將溶液的pH維持在10左右，在120℃下晶化10h，水洗離心并在60℃下干燥24h所得樣品，即為[Mg₂Al(OH)₂](NO₃)₅·5.6H₂O。

B.將得到的Mg₂Al-NO₃-LDH加入100mL溶有植酸鉀0.15M的熱水溶液中，80℃恒溫水浴的條件下在氮氣氛中攪拌12h，離心干燥，得到改性水滑石吸附劑，其化學(xué)式是[Mg₂Al(OH)₂](Ph)_0.42·4.87H₂O。

實施例3

用1,5-萘二磺酸鈉改性水滑石制備[Mg₃Al(OH)₂](1,5-NDS)_3.5·5H₂O

A.稱量7.696g硝酸鎂和3.751g硝酸鋁溶于70mL燒開的去離子水中，并用氨水將溶液的pH維持在10左右，在120℃下晶化10h，水洗離心并在60℃下干燥24h所得樣品，即為[Mg₃Al(OH)₂](NO₃)₇·5.6H₂O。

B.將得到的Mg₂Al-NO₃-LDH加入100mL溶有1,5-萘二磺酸鈉0.15M的熱水溶液中，80℃恒溫水浴的條件下在氮氣氛中攪拌12h，離心干燥，得到改性水滑石吸附劑，其化學(xué)式是[Mg₃Al(OH)₂](1,5-NDS)_3.5·5H₂O。

應(yīng)用例1

量取100mL鉛離子濃度為100mg/L的溶液置于錐形瓶中，在25℃下，加入0.1g實施例1制備的植酸鈉改性水滑石，磁力攪拌并從1小時開始定時抽取少量反應(yīng)液，過濾得到上層清液，用ICP測定鉛離子剩余含量，測定結(jié)果見圖2，由圖2可以看出在4h時達(dá)到吸附平衡，此時平衡吸附量為100.47mg/g。

應(yīng)用例2

量取100mL鉛離子濃度為100mg/L的溶液置于錐形瓶中，在25℃下，加入0.1g實施例2制備的植酸鉀改性水滑石，磁力攪拌并從1小時開始定時抽取少量反應(yīng)液，過濾得到上層清液，用ICP測定鉛離子剩余含量，測定結(jié)果見圖3，由圖3可以看出在4h時達(dá)到吸附平衡，此時平衡吸附量為98.62mg/g。

應(yīng)用例3

量取100mL鉛離子濃度為100mg/L的溶液置于錐形瓶中，在25℃下，加入0.1g實施例3制備的1,5-萘二磺酸鈉改性水滑石，磁力攪拌并從1小時開始定時抽取少量反應(yīng)液，過濾得到上層清液，用ICP測定鉛離子剩余含量，測定結(jié)果見圖4，由圖4可以看出在4h時達(dá)到吸附平衡，此時平衡吸附量為79.03mg/g。

與現(xiàn)有文獻(xiàn)中去除鉛的方法相比，上述實施例均有吸附容量高、反應(yīng)條件溫和、成本低廉且綠色無害等優(yōu)點。