一种纳米级重金属吸附材料及其应用的制作方法

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种纳米级重金属吸附材料及其应用。

背景技术：

随着我国经济的发展，水污染问题也越来越受到人们的重视。重金属废水是一种对环境和人体健康有严重威胁的工业废水之一，如果不加以处理，将会对人体的心脏、肾脏、肝脏等重要造成严重的伤害。到目前为止，吸附法是处理重金属废水的重要方法之一。对于吸附法而言，吸附材料的选择是其核心。吸附材料的尺寸越小，其单位质量可提供的吸附活性位点越多，吸附量越大，吸附效率越高。纳米技术是近年来发展起来的一类新兴材料合成方法，当吸附材料的尺寸降低到纳米级别时，由于大部分的分子裸露在材料表面，将可以提供巨大的活性吸附位点，从而在宏观上得到极大的吸附量和非常高的吸附效率。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题和不足，提供一种纳米级重金属吸附材料及其应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米级重金属吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将200ml，浓度为5-10mol/L的KOH溶液倒入盛有500ml聚丙烯材质烧杯中，并将其置于磁力搅拌器上，以80rpm-100rpm的转速持续搅拌，依顺序加入硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]，其中硅酸钾的量为每200ml KOH溶液加入2g-10g，偏铝酸钾的量为每200ml KOH溶液加入1g-1.5g，丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]的量为每200ml KOH溶液加入0.17g-0.3g，加入完成后，持续搅拌至完全溶解均匀，得到反应混合液；

2)利用磁力搅拌器温控装置将反应混合液的反应温度控制在75～90℃，以80rpm-100rpm的转速继续搅拌反应24-72h；

3)利用空气抽滤装置对反应完成后的混合液进行抽滤；

4)利用超纯水对步骤3)所得的滤出物进行反复洗涤，直至滤液pH值达到7为止；

5)利用甲醇对步骤4)所得的滤出物进行反复洗涤，甲醇的用量为，1g纳米级重金属吸附材料用50-100mL的甲醇；

6)将步骤5)的滤出物移至鼓风干燥箱中，105℃条件下烘干，得到微观形状为正方形或长方形的纳米级重金属吸附材料。

进一步，上述步骤3)所述抽滤所用滤膜的孔径为200nm。

进一步，上述步骤4)和步骤5)中所述反复洗涤为至少3遍。

进一步，上述步骤6)中所述正方形的边长为250-500nm；所述长方体的尺寸为长×宽×高＝(250-500nm)×(250-500nm)×(400-500nm)。

进一步，上述的一种纳米级重金属吸附材料的制备方法制得的纳米级重金属吸附材料，用于在处理重金属污染中的应用。

进一步，上述的一种纳米级重金属吸附材料的应用方法，具体步骤是，先向装有200ml，浓度为800mg/L的Pb²⁺，Zn²⁺或Cu²⁺溶液的容器中按每200ml重金属溶液投加0.2g纳米级重金属吸附材料，然后将容器置于35℃的水浴摇床中进行吸附反应；再利用原子吸收分光光度计对容器中溶液的重金属浓度进行测定。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明的纳米级重金属吸附材料，制备方法简单，容易操作，所获得的重金属吸附材料为纳米级材料，其微观结构呈正方体或长方体形状，对重金属有很好的吸附能力，试验证实制备的吸附材料，无论是吸附量还是去除率，均有较好的结果，Pb²⁺的48h处理的去除率达到95％以上，对Zn²⁺、Ni²⁺也具有较好的吸附去除效果。

2、本发明的纳米级重金属吸附材料，在重金属污染处理中，因吸附去除效果好，将具有广泛的应用。

附图说明

图1是实施例1的重金属吸附材料的扫描电镜图；

图2是实施例2的重金属吸附材料的扫描电镜图；

图3是实施例3的重金属吸附材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种纳米级重金属吸附材料，制备方法如下：

1)将200ml，浓度为5mol/L的KOH溶液倒入500ml聚丙烯材质烧杯中，并将其置于磁力搅拌器上；

2)在磁力搅拌器持续搅拌(80rpm-100rpm)的情况下，顺序加入硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]。硅酸钾的量为每200ml KOH溶液加入2g，偏铝酸钾的量为每200ml KOH溶液加入1g，丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]的量为每200ml KOH溶液加入0.17g。加入完成后，持续搅拌至硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]均完全溶解，得到反应混合液；

3)利用磁力搅拌器温控装置将反应混合液的反应温度控制在75℃，持续搅拌反应(80rpm-100rpm)，反应时间为24h；

4)反应完成后，利用空气抽滤装置对反应完成后的混合液进行抽滤。抽滤所用滤膜的孔径为200nm；

5)在抽滤操作的同时，利用超纯水对步骤4)所得的滤出物进行反复洗涤，直至滤液pH值达到7为止。

6)洗涤操作完成后，在抽滤操作的同时，利用甲醇对步骤5)所得的滤出物进行反复洗涤，甲醇的用量为，1g纳米级重金属吸附材料用50ml的甲醇。

7)将步骤6)的滤出物移至鼓风干燥箱中，105℃条件下烘干，得到边长尺寸为250-500nm的正方体形状的纳米级重金属吸附材料。

对产品扫描电镜分析。从图1中可以看出该材料具有严整的微观晶体结构。

其微观晶体结构呈长方体形状，长×宽×高为(250nm-500nm)×(250nm-500nm)×(400-500nm)，是典型的纳米级吸附材料，有明显的堆叠现象。

实施例2

一种纳米级重金属吸附材料，制备方法如下：

1)将200ml，浓度为7.5mol/L的KOH溶液倒入500ml聚丙烯材质烧杯中，并将其置于磁力搅拌器上；

2)在磁力搅拌器持续搅拌(80rpm-100rpm)的情况下，顺序加入硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]。硅酸钾的量为每200ml KOH溶液加入5g，偏铝酸钾的量为每200ml KOH溶液加入1.25g，丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]的量为每200ml KOH溶液加入0.25g。加入完成后，持续搅拌至硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]均完全溶解，得到反应混合液；

3)利用磁力搅拌器温控装置将反应混合液的反应温度控制在80℃，持续搅拌反应(80rpm-100rpm)，反应时间为36h；

4)反应完成后，利用空气抽滤装置对反应完成后的混合液进行抽滤。抽滤所用滤膜的孔径为200nm；

5)在抽滤操作的同时，利用超纯水对步骤4)所得的滤出物进行反复洗涤，直至滤液pH值达到7为止。

6)洗涤操作完成后，在抽滤操作的同时，利用甲醇对步骤5)所得的滤出物进行反复洗涤，甲醇的用量为，1g纳米级重金属吸附材料用75mL的甲醇。

7)将步骤6)的滤出物移至鼓风干燥箱中，105℃条件下烘干，得到尺寸为250-500nm的纳米级重金属吸附材料。

对产品进行扫描电镜分析。

从图2中可以看出，与实施例1相比，该材料具有较为更为严整的微观结构，其微观晶体结构呈正方体形状，正方体的边长为250nm-500nm，且其获得的纳米级材料更加分散，没有堆叠现象，是典型的纳米级吸附材料。

实施例3

一种纳米级重金属吸附材料，制备方法如下：

1)将200ml，浓度为10mol/L的KOH溶液倒入500ml聚丙烯材质烧杯中，并将其置于磁力搅拌器上；

2)在磁力搅拌器持续搅拌(80rpm-100rpm)的情况下，顺序加入硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]。硅酸钾的量为每200ml KOH溶液加入10g，偏铝酸钾的量为每200ml KOH溶液加入1.5g，丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]的量为每200ml KOH溶液加入0.3g。加入完成后，持续搅拌至硅酸钾、偏铝酸钾以及丙撑基双[十八烷基二甲基氯化铵]均完全溶解，得到反应混合液；

3)利用磁力搅拌器温控装置将反应混合液的反应温度控制在90℃，持续搅拌反应(80rpm-100rpm)，反应时间为72h；

4)反应完成后，利用空气抽滤装置对反应完成后的混合液进行抽滤。抽滤所用滤膜的孔径为200nm；

5)在抽滤操作的同时，利用超纯水对步骤4)所得的滤出物进行反复洗涤，直至滤液pH值达到7为止。

6)洗涤操作完成后，在抽滤操作的同时，利用甲醇对步骤5)所得的滤出物进行反复洗涤，甲醇的用量为，1g纳米级重金属吸附材料用100mL的甲醇。

7)将步骤6)的滤出物移至鼓风干燥箱中，105℃条件下烘干，得到尺寸为250-500nm的纳米级重金属吸附材料。

对产品进行扫描电镜分析。从图3中可以看出，该材料也具有严整的微观结构。仍然呈长方体形状，微观形貌为长方体形状，长×宽×高为(350nm-500nm)×(350nm-500nm)×(400-500nm)，有堆叠现象，是典型的纳米级吸附材料。

实施例4

一种纳米级重金属吸附材料的应用方法，具体步骤如下：

向装有200ml浓度为800mg/L的Pb²⁺，Ni²⁺或Zn²⁺溶液的锥形瓶中投加实施例1所制备的重金属吸附材料，纳米重金属吸附材料的量为每200ml重金属溶液投加0.2g。将锥形瓶置于35℃的水浴摇床中进行吸附反应。吸附时间为4-48h，反应完成后利用原子吸收分光光度计对锥形瓶中溶液的重金属浓度进行测定。吸附结果如表1所示。其中，

去除率＝(C_反应前-C_反应后)÷C_反应前×100％；

吸附量＝(去除率×V×C_反应前)÷吸附材料投加量(g/L)。

表1实施例1的吸附结果

表1的结果表明，实施例1所制备的材料，对重金属有非常好的吸附能力。其中Pb²⁺吸附效果最好，48h处理的去除率达到99.975％，吸附量为799.8mg/g。Zn²⁺的48h处理的去除率达到83.344％，吸附量为666.8mg/g。Ni²⁺的48h处理的去除率达到85.646％，吸附量为685.168mg/g。

实施例5

一种纳米级重金属吸附材料的应用方法，具体步骤如下：

向装有200ml浓度为800mg/L的Pb²⁺，Ni²⁺或Zn²⁺溶液的锥形瓶中投加实施例2所制备的重金属吸附材料，纳米重金属吸附材料的量为每200ml重金属溶液投加0.2g。将锥形瓶置于35℃的水浴摇床中进行吸附反应。吸附时间为4-48h，反应完成后利用原子吸收分光光度计对锥形瓶中溶液的重金属浓度进行测定。吸附结果如表1所示。其中，

去除率＝(C_反应前-C_反应后)÷C_反应前×100％；

吸附量＝(去除率×V×C_反应前)÷吸附材料投加量(g/L)。

表2实施例2的吸附结果

表2的结果表明，实施例2所制备的材料，对重金属有非常好的吸附能力。其中Pb²⁺吸附效果最好，48h处理的去除率达到99.95％，吸附量为799.6mg/g。Zn²⁺的48h处理的去除率达到91.416％，吸附量为731.328mg/g。Ni²⁺的48h处理的去除率达到94.704％，吸附量为757.632mg/g。

实施例6

一种纳米级重金属吸附材料的应用方法，具体步骤如下：

向装有200ml浓度为800mg/L的Pb²⁺，Ni²⁺或Zn²⁺溶液的锥形瓶中投加实施例3所制备的重金属吸附材料，纳米重金属吸附材料的量为每200ml重金属溶液投加0.2g。将锥形瓶置于35℃的水浴摇床中进行吸附反应。吸附时间为4-48h，反应完成后利用原子吸收分光光度计对锥形瓶中溶液的重金属浓度进行测定。吸附结果如表1所示。其中，

去除率＝(C_反应前-C_反应后)÷C_反应前×100％；

吸附量＝(去除率×V×C_反应前)÷吸附材料投加量(g/L)。

表3实施例3的吸附结果

表3的结果表明，实施例3所制备的材料，对重金属有非常好的吸附能力。其中Pb²⁺吸附效果最好，48h处理的去除率达到99.112％，吸附量为792.896mg/g。Zn²⁺的48h处理的去除率达到93.746％，吸附量为749.968mg/g。Ni²⁺的48h处理的去除率达到93.537％，吸附量为748.296mg/g。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。