一種磁改性水滑石及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及吸附材料制備的方法，具體涉及一種磁改性水滑石及其制備方法和在 重金屬廢水吸附方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料吸附是利用固體物質(zhì)積累或濃縮吸附質(zhì)，實現(xiàn)分離或去除吸附質(zhì)的目的。吸 附法處理重金屬已經(jīng)發(fā)展為近十幾年的主流方向，具備快速、容量大、適應(yīng)條件廣、操作簡 便和無二次污染等特征，有廣闊的市場前景。
[0003] 礦物材料是眾多吸附劑中一個較大的分支，自然界100多種元素形成有3000多種 礦物，它們遍布32個點群、230個空間群，在化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)類型、成因產(chǎn)狀等方面具有復(fù)雜 性、多樣性、多變性和規(guī)律性。充分利用天然資源礦物的成分、結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，研宄礦 物結(jié)構(gòu)特性及其在復(fù)合材料中的作用，研發(fā)新型高效吸附材料，對重金屬離子吸附具有重 大意義。
[0004] 水滑石（hydrotalcite)是一類由帶正電荷和層間填充帶負電荷的陰離子所構(gòu)成 的層狀化合物，又稱為層狀雙氫氧化物。由于水滑石的組成和結(jié)構(gòu)中具有具有大量的結(jié)構(gòu) 水和吸附水及顆粒表面存在的大量非架橋羥基，因此在干燥過程中粒子容易通過氫鍵作用 而結(jié)合在一起，導(dǎo)致粒子大小不均，直接影響了材料處理重金屬離子的效果。所以，在使用 前需進行表面改性，增強顆粒之間的空間位阻，防止粒子間的搭接。
[0005] 目前，無機化合物常用的改性方法是高溫活化、酸活化、離子交換活化、水熱活化 和磁化改性等，其中，磁化改性是將分散且具有磁性的物質(zhì)負載到無磁性或磁性很弱的固 體顆粒中，以增強固體顆粒的磁化率，磁改性能增強吸附材料的磁劇團效果從而曾強材料 對重金屬離子的吸附效果。該磁化改性技術(shù)在礦物資源的加工利用中得到認可。一般磁源 (磁性物質(zhì)）有兩種方法獲得，一種是人工制備，一種是天然磁源。近年來，具有較強吸附能 力的無機礦物已經(jīng)被用作基體材料，將其與磁源結(jié)合進行磁改性，已經(jīng)制備了多種不同種 類的具有磁性的吸附劑。例如趙曉東等將Fe 3O4磁性流體負載到改性的膨潤土上，制備了一 系列具有不同磁性的復(fù)合吸附劑，將其應(yīng)用于處理含 Cu2+、Zn2+、Cd2+的模擬廢水。袁明亮等 采用物理粘結(jié)的方法將天然沸石與市售的Fe 3O4磁性顆粒粘結(jié)，制備磁性天然沸石。
[0006] 宋勇（宋勇等，鋁鎂鐵三元類水滑石對Cr(VI)的吸附性能研宄，電鍍與環(huán)保， 2013年7月，第33卷第4期，43-45)揭示了一種鋁鎂鐵三元類水滑石的制備方法，具體為： 分別稱取氯化鋁6. 50g，氯化鎂0. 95g，氯化鐵5. 90g，各自溶解于20mL去離子水中，將氯化 鋁溶液、氯化鎂溶液和氯化鐵溶液混合后升溫至70°C，在攪拌速度為250r/min的條件下混 合3min后加入已經(jīng)升溫至70°C的碳酸鈉溶液，恒溫反應(yīng)20min后靜置30min，取出懸浮液， 抽濾，對濾餅反復(fù)洗滌至在濾液中檢測不到碳酸根離子為止，然后將濾餅于103°C下烘干 24h，取出，放入干燥器中冷卻至室溫，研磨成粉末。合成的水滑石對重金屬離子的吸附能力 較差，飽和吸附量小，不能夠重復(fù)利用。
[0007] 目前尚未見到用陽離子鐵改性水滑石的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種處理含重金屬廢水的磁改性水滑石吸附材料。
[0009] 本發(fā)明提供的一種磁改性水滑石，其原料含有以下成分：水滑石、Fe2+、Fe 3+和氨 水。
[0010] 具體的，所述磁改性水滑石原料含有以下質(zhì)量份的成分：Fe2+0.0 llmol、 Fe3+0.0 22mol、水滑石 0· 2-2. Og 和氨水 5-15ml。
[0011] 優(yōu)選地，所述磁改性水滑石原料含有以下質(zhì)量份的成分：Fe2+0.0 llmol、 Fe3+0.0 22mol、水滑石 0· 5-2. Og 和氨水 10-15ml。
[0012] 進一步優(yōu)選，所述磁改性水滑石原料含有以下質(zhì)量份的成分：Fe2+0.0 llmol、 Fe3+0.0 22mol、水滑石 I. 0-1. 5g 和氛水 10_15ml。
[0013] 進一步優(yōu)選，所述磁改性水滑石原料含有以下質(zhì)量份的成分：Fe2+0.0 llmol、 Fe3+0.0 22mol、水滑石 I. 5g 和氨水 15ml。
[0014] 所述原料中還含有水，是將Fe2+、Fe3+與氨水反應(yīng)時，將Fe 2+、Fe3+制成制備成100ml 的水溶液，與配方量的氨水反應(yīng)。
[0015] 上述磁改性水滑石中：
[0016] 所述水滑石為鈣鋁水滑石，其化學(xué)組成為：Ca2Al (OH)6Cl2 · 2H20。
[0017] 所述Fe2+為氯化亞鐵；
[0018] 所述Fe3+為氯化鐵。
[0019] 本發(fā)明還提供了上述磁改性水滑石的制備方法，該方法包括以下步驟：
[0020] 1)水滑石的煅燒：將水滑石煅燒4h，過100目篩，干燥，得到煅燒后的水滑石，備 用；
[0021] 2)四氧化三鐵的制備：取FeCl2 ·4Η20和FeCl3 ·6Η20溶于蒸餾水中，配制成溶液， 按照配比稱取Fe3+、Fe2+和氨水，加熱反應(yīng)，然后加入煅燒的水滑石，持續(xù)反應(yīng)；
[0022] 3)烘干：真空密封，室溫陳化，干燥，研磨，過篩，即得。
[0023] 優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟：
[0024] 1)水滑石的煅燒：將水滑石在100-1000°C煅燒4h，過100目篩，干燥，得到煅燒后 的水滑石，備用；
[0025] 2)四氧化三鐵的制備：分別將FeCl2 · 4H20和FeCl3 · 6H20溶于蒸餾水中，配制成 溶液，按照配比稱取Fe3+、Fe2+和氨水，加熱反應(yīng)，水浴溫度為60-90°C，然后加入煅燒的水滑 石，水浴下，恒溫60-90 °C持續(xù)反應(yīng)；
[0026] 3)烘干：真空密封，室溫陳化24_36h，干燥，研磨，過100目篩，即得。
[0027] 進一步優(yōu)選，所述方法包括以下步驟：
[0028] 1)水滑石的煅燒：將水滑石在300-700°C煅燒4h，過100目篩，干燥，得到煅燒后 的水滑石，備用；
[0029] 2)四氧化三鐵的制備：分別將FeCl2 · 4H20和FeCl3 · 6H20溶于蒸餾水中，配制成 溶液，按照配比稱取Fe3+、Fe2+和氨水，加熱反應(yīng)，水浴溫度為70-85?，然后加入煅燒的水滑 石，水浴下，恒溫70-85 °C持續(xù)反應(yīng)；
[0030] 3)烘干：真空密封，室溫陳化24-36h，干燥，研磨，過100目篩，即得。
[0031] 本發(fā)明還提供了上述磁改性水滑石在制備吸附廢水中重金屬離子的材料中的應(yīng) 用，重金屬離子為Cu離子。
[0032] 本發(fā)明提供的材料及其制備方法具有以下優(yōu)點：
[0033] 1、本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點在于：第一、控制水滑石煅燒溫度，在確保去除層間水和脫 掉A-的前提下保證層間結(jié)構(gòu)不塌陷；第二、保證磁性基質(zhì)和磁改性水滑石吸附材料在制備 過程中對溫度、pH有較高的要求，必須控制在適宜的溫度、堿度。
[0034] 2、本發(fā)明制備的磁改性水滑石制備方法簡單易操作；對廢水中重金屬離子的去除 效果明顯，是一種優(yōu)良的吸附劑。
[0035] 有文獻報道，磁性基質(zhì)的比表面積約33. 5m2 · g'煅燒后的水滑石的比表面積約 50~60m2 · g'本發(fā)明提供的磁改性水滑石的比表面積約69. 88m2 · g'比單體成分都有 顯著提高。
[0036] 本發(fā)明提供的磁改性水滑石孔徑在2~50nm之間，屬于介孔材料。對該材料的孔 結(jié)構(gòu)進行分析，孔容〇. 13cm3 · g'因此，磁改性水滑石吸附材料產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)的比表面積 大。
[0037] 3、以去除廢水中Cu離子為例，本發(fā)明提供的磁改性水滑石pH適應(yīng)范圍廣，在 5. 5-6. 5范圍之內(nèi)處理效果均在95%以上；最大吸附量為40°C時的37. 84mg · g4;吸附劑 可以通過堿性溶液清洗再生，可以重復(fù)使用3~5次。比市面上出現(xiàn)的重金屬吸附材料相 比，本發(fā)明提供的磁改性水滑石具有去除率高、吸附時間短、可重復(fù)利用等優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0038] 以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0039] 實施例1 :磁改性水滑石
[0040] 1)水滑石的煅燒：將水滑石置于500°C高溫環(huán)境下煅燒4h，過100目篩，得到煅燒 后的水滑石，放入真空干燥器內(nèi)，備用。
[0041] 2) Fe3O4的制備和水滑石改性：以FeCl 2 · 4H20和FeCl3 · 6H20為原材料，用無氧蒸 餾水配制0. 44mol/L的Fe3+、0. 22mol/L的Fe2+溶液，移取含F(xiàn)e 3+、Fe2+溶液各50mL，混合均 勻，滴加15mL氨水，80°C水浴振蕩15min，加 I. 5g煅燒水滑石，保持70°C，繼續(xù)振蕩90min。
[0042] 3)烘干備用：真空密封，室溫陳化24h，放于50°C恒溫鼓風(fēng)箱，干燥數(shù)小時后研磨， 過100目篩，制得磁改性水滑石材料。
[0043] 實施例2 :磁改性水滑石
[0044] 1)水滑石的煅燒：將水滑石置于300°C高溫環(huán)境下煅燒4h，過100目篩，得到煅燒 后的水滑石，放入真空干燥器內(nèi)，備用。
[0045] 2) Fe3O4的制備和水滑石改性：以FeCl 2 · 4H20和FeCl3 · 6H20為原材料，用無氧蒸 餾水配制0. 44mol/L的Fe3+、0. 22mol/L的Fe2+溶液，移取含F(xiàn)e 3+、Fe2+溶液各50mL，混合均 勻，滴加15mL氨水，80°C水浴振蕩15min，加 I. 5g煅燒水滑石，保持80°C，繼續(xù)振蕩90min。
[0046] 3)烘干備用：真空密封，室溫陳化24h，放于50°C恒溫鼓風(fēng)箱，干燥數(shù)小時后研磨， 過100目篩，制得磁改性水滑石材料。
[0047] 實施例3 :磁改性水滑石
[0048] 1)水滑石的煅燒：將水滑石置于500°C高溫環(huán)境下煅燒4h，過100目篩，得到煅燒 后的水滑石，放入真空干燥器內(nèi)，備用。
[0049] 2) Fe3O4的制備和水滑石改性：以FeCl 2 · 4H20和FeCl3 · 6H20為原材料，用無氧蒸 餾水配制0. 44mol/L的Fe3+、0. 22mol/L的F