一种磷改性纳米片状氧化铝在去除水中镉离子方面的应用
【专利摘要】本发明公开了一种磷改性纳米片状氧化铝在去除水中镉离子方面的应用。本发明首先采用硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备纳米片状薄水铝石，然后经磷酸氢二钠浸渍后焙烧得到磷改性纳米片状氧化铝，最后将其作为吸附剂去除水中的镉离子。本发明使用的原料价格低廉，制备工艺简单，能源消耗少，且不产生污染废弃物，绿色环保。制备得到的磷改性纳米片状氧化铝具有较大比表面积和大孔体积，其表面能提供更多的负电荷与镉离子成键，对镉离子的吸附容量达到355.9mg/g，对镉离子有较高吸附容量，优于文献中报导的吸附材料，也进一步降低了处理含镉工业废水的成本。
【专利说明】
一种磷改性纳米片状氧化铝在去除水中镉离子方面的应用
技术领域
[0001]本发明属于环保技术领域，特别涉及了一种磷改性纳米片状氧化铝在去除水中镉离子方面的应用。
【背景技术】
[0002]镉不是人体的必需元素。人体内的镉是出生后从外界环境中吸取的，主要通过食物、水和空气而进入体内蓄积下来。镉会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑或渐成黄圈，镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。还可导致骨质疏松和软化，20世纪30年代日本出现的“痛痛病”就是由严重的镉污染导致的。
[0003]镉对人体危害极大，并且能够在人体内累积，无法排出，因此人们必须严格限制镉的摄入量。我国的饮用水镉含量标准限值为0.005mg/L，世界卫生组织规定饮用水中镉含量不得超过0.003mg/L。镉元素能沿着食物链层层富集，因此食物中的镉含量也应受到严格限制，其中灌溉水中的镉元素是食物镉污染的主要来源，我国规定工业废水排放的总镉最高浓度为0.lmg/L。
[0004]目前，国内外处理含镉废水的方法主要是分为三大类:物理化学法、化学法和生物技术。物理化学法包括:吸附法、离子交换树脂法、溶剂萃取法、膜分离法、蒸发法。吸附法主要是利用吸附材料疏松多孔的结构或特殊功能对水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附，吸附剂的选择是吸附法的核心。与化学沉淀法相比，吸附法对于废水中重金属离子的去除率更高，处理后废水中残余的重金属离子浓度较低，能够达到废水排放标准要求。与膜处理法相比，吸附法的一次性投资较小、运行成本也更低。现有技术中已报导用氧化铝复合材料作为吸附剂去除水中的镉离子，例如中南大学的Yang Weichun等人合成了一种介孔碳稳定氧化招(MC/AI2O3)，对水中二价镉离子的饱和吸附量达到49.98mg/g(Applied SurfaceScience，2016，369:215-223)。但这种方法成本比较高，且对镉离子的吸附量不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对目前镉离子吸附剂吸附效果的不足，提供一种磷改性薄片状氧化铝吸附剂，可以广泛用于水中镉离子的去除，对镉离子的饱和吸附量大。
[0006]本发明首先采用硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备纳米片状薄水铝石，然后经磷酸氢二钠浸渍后焙烧得到磷改性纳米片状氧化铝，最后将其作为吸附剂去除水中的镉离子。
[0007]本发明所述的磷改性纳米片状氧化铝的制备方法为:将纳米片状薄水铝石在质量浓度为10-20%的磷酸氢二钠溶液中浸泡2-12h，干燥后在400-800°C温度下焙烧2-6h，得到磷改性纳米片状氧化铝。
[0008]所述的纳米片状薄水铝石的制备方法为:在质量浓度为10-20%的硫酸铝溶液中滴入质量浓度为20-30%的偏铝酸钠溶液，调节至pH值为9-11，将得到的白色悬浊液转移到高压釜中，在90-150°C下晶化6-20h;反应完成后冷却至室温，用去离子水洗涤得到的白色沉淀物，60-100°C下干燥得到纳米片状薄水铝石。
[0009]所述的纳米片状薄水铝石的厚度小于1.5纳米。
[0010]所述的磷改性纳米片状氧化铝的厚度小于2.4纳米。
[0011]将上述制备的磷改性纳米片状氧化铝作为镉离子吸附剂的应用。
[0012]所述的磷改性纳米片状氧化铝作为镉离子吸附剂的使用方法为:将0.001-0.1g磷改性纳米片状氧化铝分散在10mL水中，在室温下搅拌2-4h，过滤，即去除掉水溶液中的二价镉离子。
[0013]本发明使用的原料价格低廉，制备工艺简单，能源消耗少，且不产生污染废弃物，绿色环保。制备得到的磷改性纳米片状氧化铝具有较大比表面积和大孔体积，其表面能提供更多的负电荷与镉离子成键，对镉离子的吸附容量达到355.9mg/g，对镉离子有较高吸附容量，优于文献中报导的吸附材料，也进一步降低了处理含镉工业废水的成本。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例1制备的磷改性纳米片状氧化铝的XRD谱图。
[0015]图2是本发明实施例1制备的磷改性纳米片状氧化铝的透射电镜图。
[0016]图3是对比例I用山东铝厂生产的工业拟薄水铝石制备的磷改性氧化铝的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018](I)称取50.0g质量浓度为10%的硫酸铝溶液于烧杯中，搅拌下逐滴加入质量浓度为30 %的偏铝酸钠溶液，直至pH值为9;
[0019](2)将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，放入1500C烘箱晶化6小时，反应完成后冷却至室温，所得产物过滤，用去离子水洗涤后，于60°C干燥；
[0020](3)取5.0g干燥后的产品，浸入10.0g质量浓度为10%的磷酸氢二钠溶液中，12h后取出于60°C干燥2小时；400°C焙烧2h，得到磷改性纳米片状氧化铝P1，测试其比表面积为210.2!112/^，厚度为2.4011111，孔体积为0.710113/^;
[0021](4)精确称取0.02gPl，分散在100mL100mg/L的二价镉离子溶液中，磁力搅拌2h，过滤，用ICP-AES检测滤液中的镉离子浓度为59.82mg/L，吸附容量为200.9mg/g。
[0022]实施例2
[0023](I)称取30.0g质量浓度为20%的硫酸铝溶液于烧杯中，搅拌下逐滴加入质量浓度为30%的偏铝酸钠溶液，直至pH值为11;
[0024](2)将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，放入1300C烘箱晶化20小时，反应完成后冷却至室温，所得产物过滤，用去离子水洗涤后，于80°C干燥；
[0025](3)取5.0g干燥后的产品，浸入1.0g质量浓度为10 %的磷酸氢二钠溶液中，12h后取出于60°C干燥2小时；800°C焙烧2h，得到磷改性纳米片状氧化铝P2，测试其比表面积为298.5m2/g，厚度为 1.69nm，孔体积为0.95cm3/g ；
[0026](4)精确称取0.02gP2，分散在100mL100mg/L的二价镉离子溶液中，磁力搅拌2h，过滤，用ICP-AES检测滤液中的镉离子浓度为56.25mg/L，吸附容量为218.8mg/g。
[0027]实施例3
[0028](I)称取30.0g质量浓度为20%的硫酸铝溶液于烧杯中，搅拌下逐滴加入质量浓度为20%的偏铝酸钠溶液，直至pH值为11;
[0029](2)将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，放入1000C烘箱晶化20小时，所得产物过滤，用去离子水洗涤后，于100°c干燥；
[0030](3)取5.0g干燥后的产品，浸入10.0g质量浓度为20%的磷酸氢二钠溶液中，12h后取出于60°C干燥2小时；600°C焙烧4h，得到磷改性纳米片状氧化铝P3，测试其比表面积为351.3m2/g，厚度为 1.43nm，孔体积为 1.09cm3/g;
[0031](4)精确称取0.02gP3，分散在100mL100mg/L的二价镉离子溶液中，磁力搅拌4h，过滤，用ICP-AES检测滤液中的镉离子浓度为42.35mg/L，吸附容量为288.2mg/g。
[0032]实施例4
[0033](I)称取50.0g质量浓度为10%的硫酸铝溶液于烧杯中，搅拌下逐滴加入质量浓度为30%的偏铝酸钠溶液，直至pH值为10;
[0034](2)将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，放入90°C烘箱晶化12小时，所得产物过滤，用去离子水洗涤后，于90°C干燥；
[0035](3)取5g干燥后的产品，浸入1g质量浓度为20%的磷酸氢二钠溶液中，2h后取出于60°C干燥2小时；400°C焙烧6h，得到磷改性纳米片状氧化铝P4，测试其比表面积为420.1m2/g，厚度为 1.25nm，孔体积为 1.20cm3/g ；
[0036](4)精确称取0.02gP4，分散在100mL100mg/L的二价镉离子溶液中，磁力搅拌2h，过滤，用ICP-AES检测滤液中的镉离子浓度为28.82mg/L，吸附容量为355.9mg/g。
[0037]对比例I
[0038](I)取山东铝厂生产的工业拟薄水铝石PB 5.0g，浸入10.0g质量浓度为20%的磷酸氢二钠溶液中，12h后取出于60 °C干燥2小时;500 °C焙烧4h，得到磷改性氧化铝P5，测试其比表面积为34.4m2/g，孔体积为0.06cm3/g ；
[0039](2)精确称取0.02g P5，分散在100mL100mg/L的二价镉离子溶液中，磁力搅拌4h，过滤，用ICP-AES检测滤液中的镉离子浓度为97.59mg/L，吸附容量为12.05mg/g。
【主权项】
1.一种磷改性纳米片状氧化铝的制备方法，其特征在于，其具体步骤为:将纳米片状薄水铝石在质量浓度为10-20%的磷酸氢二钠溶液中浸泡2-12h，干燥后在400-800°C温度下焙烧2-6h，得到磷改性纳米片状氧化铝。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的纳米片状薄水铝石的制备方法为:在质量浓度为10-20%的硫酸铝溶液中滴入质量浓度为20-30 %的偏铝酸钠溶液，调节至pH值为9-11，将得到的白色悬浊液转移到高压釜中，在90-1500C下晶化6_20h ；反应完成后冷却至室温，用去离子水洗涤得到的白色沉淀物，60-100°C下干燥得到纳米片状薄水铝石O3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的纳米片状薄水铝石的厚度小于1.5纳米。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的磷改性纳米片状氧化铝的厚度小于2.4纳米。5.根据权利要求1-4任一方法制备得到的磷改性纳米片状氧化铝作为镉离子吸附剂的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的磷改性纳米片状氧化铝作为镉离子吸附剂的使用方法为:将0.001-0.1g磷改性纳米片状氧化铝分散在10mL水中，在室温下搅拌2-4h，过滤，即去除掉水溶液中的二价镉离子。
【文档编号】B01J20/30GK105905974SQ201610482923
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】宋家庆, 贺兴宇, 徐向宇, 孙建川
【申请人】北京化工大学