一种F盐的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种f盐的制备方法及其应用。

背景技术：

近年来重金属引发的环境污染事件在国内外都频频发生，破坏了广大人民的身体健康与正常生活。作为减排的关键源头，相关工业的废水排放中重金属的有效处理成为了水体重金属污染减排的重中之重。在采矿、选矿、加工、运输、燃烧等工业生产过程中会以释放大量的金属,这些金属以离子态形式随废水排放出来,是各种水体金属污染的主要来源。

传统的废水处理技术包括化学沉淀法，反渗透法，离子交换法，溶剂萃取法，凝结法和吸附法。在上述的方法中，似乎尤以用活性炭作吸附剂的吸附法是最有效的。然而，由于活性炭的成本过高，不适合在工业中广泛使用。

f盐为阴离子型双金属层状氢氧化物，目前类水滑石类层状材料对污水中离子的吸附存在针对废水中单一阳离子或阴离子吸附去除效果好，但多种阴阳离子耦合作用下吸附效果较差的问题。这主要是由于待吸附离子稳定性不同，易在吸附过程中存在离子竞争导致。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决目前方法制备的f盐对水体中复合的多种阴阳离子去除率低的问题，提供一种f盐的制备方法及其应用。

本发明一种f盐的制备方法是按以下步骤进行：一、将可溶性的二价无机金属盐溶于水中，配制出浓度为0.45-0.65mol/l的盐溶液a；二、将可溶性三价无机金属盐与碱溶液配置成浓度为0.15-0.3mol/l的混合溶液b，然后将盐溶液a预热至30-50℃，再加入等体积的混合溶液b，搅拌反应3-48小时，得到白色沉淀；三、使用真空抽滤的方法将白色沉淀分离，并用去离子水洗涤至滤液ph为中性为止，并在40-50℃烘箱中干燥；四、将干燥后的白色沉淀在450-500℃高温煅烧、保温，将煅烧后的物质研磨成粉末，制成f盐。

f盐应用于去除水体中复合的多种阴阳离子中的阴离子，去除或回收阳离子。

本发明的有益效果如下：

本发明f盐的制备方法转化率高，通过xrd测试结果可知，ldh晶型转化率可达80％以上。f盐为煅烧后的类水滑石物质，因高温煅烧过程失去层间水和阴离子，通过记忆效应，吸附阴离子进入层间，从而实现其对阴离子的吸附能力。通过xrd测试结果分析，本发明制备的f盐，在煅烧后二次重构过程形成的水滑石物质的衍射峰明显增加，说明煅烧后的水滑石物质结晶度增加。这主要是由于水滑石类结构由层状体堆叠而成，层状体均一性较差，经煅烧后层状体的结构塌陷，原来的晶体颗粒发生重组，可以实现晶体颗粒细化。此外，本发明制备的f盐经煅烧后比表面积是传统类水滑石的两倍，同时介于2～4nm之间的微孔量显著增加，孔径分布更加均匀。此类型微孔量的提成能够大大增加对水体中离子的吸附量。因此，本发明制备的f盐可用于处理含有多种重金属阳离子和阴离子的污水,发现复合的多种离子的脱除效率很高，可同时去除多种阴阳离子，最高去除率可达100％。同时制备f盐所需原料来源广泛、成本低、制备方法简单、能耗低、投资少,因此具有广泛的应用前景。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种f盐的制备方法是按以下步骤进行：一、将可溶性的二价无机金属盐溶于水中，配制出浓度为0.45-0.65mol/l的盐溶液a；二、将可溶性三价无机金属盐与碱溶液配置成浓度为0.15-0.3mol/l的混合溶液b，然后将盐溶液a预热至30-50℃，再加入等体积的混合溶液b，搅拌反应3-48小时，得到白色沉淀；三、使用真空抽滤的方法将白色沉淀分离，并用去离子水洗涤至滤液ph为中性为止，并在40-50℃烘箱中干燥；四、将干燥后的白色沉淀在450-500℃高温煅烧、保温，将煅烧后的物质研磨成粉末，制成f盐。

本实施方式f盐的制备方法转化率高，通过xrd测试结果可知，ldh晶型转化率可达80％以上。本实施方式f盐的制备方法转化率高，通过xrd测试结果可知，ldh晶型转化率可达80％以上。f盐为煅烧后的类水滑石物质，因高温煅烧过程失去层间水和阴离子，通过记忆效应，吸附阴离子进入层间，从而实现其对阴离子的吸附能力。通过xrd测试结果分析，本实施方式制备的f盐，在煅烧后二次重构过程形成的水滑石物质的衍射峰明显增加，说明煅烧后的水滑石物质结晶度增加。这主要是由于水滑石类结构由层状体堆叠而成，层状体均一性较差，经煅烧后层状体的结构塌陷，原来的晶体颗粒发生重组，可以实现晶体颗粒细化。此外，本实施方式制备的f盐经煅烧后比表面积是传统类水滑石的两倍，同时介于2～4nm之间的微孔量显著增加，孔径分布更加均匀。此类型微孔量的提成能够大大增加对水体中离子的吸附量。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的二价无机金属为ca²⁺、mg²⁺、cu²⁺、ni²⁺、zn²⁺、cr²⁺、ar²⁺和cd²⁺中的一种或多种。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中的三价无机金属为al³⁺、cr³⁺和fe³⁺中的一种或多种。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；碱溶液的ph为8-10。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中使用蠕动泵以5ml/min^-1的速度加入混合溶液b。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中搅拌的速率为200-300r/min。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中使用真空抽滤的方法将白色沉淀分离。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中在40-50℃烘箱中干燥10h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四将干燥后的白色沉淀在450-500℃下煅烧1h、保温1h。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：未煅烧的f盐是由阳离子水镁石层和能交换的中间阴离子组成的阴离子粘土矿物族组成，表示为化学式其中m²⁺表示为二价金属阳离子ca²⁺、mg²⁺、cu²⁺、ni²⁺、zn²⁺、cr²⁺、ar²⁺和cd²⁺中的一种或多种，m³⁺为三价金属阳离子al³⁺、cr³⁺和fe³⁺中的一种或多种,a^n-为带n个负电荷的阴离子co3^2-、so4^2-、no3^-、cl^-和oh^-中的一种或多种，x为m³⁺/[m²⁺+m³⁺]物质的量比，m为层间结合水分子个数。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式f盐应用于去除水体中复合的多种阴阳离子中的阴离子，去除或回收阳离子。

本实施方式制备的f盐可用于处理含有多种重金属阳离子和阴离子的污水,发现复合的多种离子的脱除效率很高，可同时去除多种阴阳离子，最高去除率可达100％。同时制备f盐所需原料来源广泛、成本低、制备方法简单、能耗低、投资少，因此具有广泛的应用前景。

本实施方式向复合多种阴阳离子的水体中加入f盐，充分震荡反应72h,经离心分离、干燥，将得到的吸附产物升温至400-800℃，恒温2h，后降至室温，得到复合金属氧化物，以回收污水中的阳离子。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是：阳离子为汞离子、铬离子、铅离子、砷离子、锡离子、铜离子、镉离子、锌离子和钴离子中的一种或多种，阴离子为f^-、cl^-、so4^2-和co3^2-中的一种或多种。其它与具体实施方式十一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：本实施例一种f盐的制备方法是按以下步骤进行：一、配制出浓度为0.5mol/l的cacl2溶液；二、配置浓度为0.25mol/l的混合溶液naalo2，然后将cacl2溶液预热至40℃，再加入等体积的混合溶液naalo2，以300r/min搅拌反应3小时，使用孔径0.22μm滤膜的真空抽滤装置收集白色沉淀,得到白色沉淀；三、将白色沉淀用去离子水洗涤三次，并在50℃烘箱中干燥10h，四、400℃高温煅烧1h后制成f盐。

配制cd²⁺初始浓度为10-100mg/l溶液，调节溶液ph7，在密闭塑料瓶中各加入400ml不同浓度cd²⁺溶液和12mgf盐，置于25℃恒温水浴中电磁搅拌器连续搅拌30h以确保吸附过程达到平衡，停止搅拌后静置0.5h，取上清液用0.22μm微孔滤膜过滤，滤液中未检测到cd²⁺离子，说明去除率达到100％。

实施例二：本实施例一种f盐的制备方法是按以下步骤进行：一、配制出浓度为0.5mol/l的cacl2溶液；二、配置浓度为0.25mol/l的混合溶液naalo2，然后将cacl2溶液预热至40℃，再加入等体积的混合溶液naalo2，以300r/min搅拌反应3小时，使用孔径0.22μm滤膜的真空抽滤装置收集白色沉淀,得到白色沉淀；三、将白色沉淀用去离子水洗涤三次，并在50℃烘箱中干燥10h，四、400℃高温煅烧1h后制成f盐。

制备了初始ph6.0的co(ii)溶液。通过加入0.01mol/lhcl溶液将co(ii)溶液([co]＝8mmol/l)的ph分别调节至4.0,5.0和6.0。将0.2gf盐分别加入到50ml不同ph的co(no3)2溶液中，并在25±1℃的振动水浴台中以150rpm的速度振荡。在选定的时间间隔，如30分钟，1小时，3小时，5小时等，将完全反应的混合液通过孔径0.22μm膜滤真空过滤，使用电感耦合等离子体质谱对收集的3ml上清液中ca(ii)和co(ii)浓度进行分析，未在上清液中发现残留的co离子，去除率达到100％。将吸附co离子后的物质，在500-600℃进行高温煅烧，经xrd测试检测可以得到尖晶石，从而实现吸附co离子的回收。

实施例三、本实施例一种f盐的制备方法是按以下步骤进行：一、配制出浓度为0.5mol/l的mgcl2溶液；二、配置浓度为0.25mol/l的混合溶液naalo2，然后将mgcl2溶液预热至40℃，再加入等体积的混合溶液naalo2，以300r/min搅拌反应3小时，使用孔径0.22μm滤膜的真空抽滤装置收集白色沉淀,得到白色沉淀；三、将白色沉淀用去离子水洗涤，并在50℃烘箱中干燥10h，四、400℃高温煅烧1h后制成f盐。

用本实施例制备的f盐对污酸进行吸附回收处理。污酸是硫酸车间烟气制酸净化段产生的外排酸液，其来源为株冶硫酸车间两套制酸系统外排，总量为45m³/h，其水质信息如下表1所示：

表1废酸物质含量表

由上表可以看出，企业制酸工段产生的污酸废水酸度相对较低(ph＜0.4)，含有as污染物及一定的氟污染离子。

分次加入naoh固体，溶液颜色从透明变为偏白，然后调整ph到6.7左右，溶液变为亮黄色，过碱时溶液为灰绿色。颜色来源于沉淀，初步分析认为在调整ph过程中pb沉淀。

从实验结果表2中可以看到，f盐具有良好的吸附效果，对阳离子，阴离子都具有一定的吸附能力。对于重金属的吸附效果，ldh吸附zn和as的效果非常优秀，对于阴离子的吸附。

表2废酸中物质去除率

为验证本实施例制备的f盐对水体中复合的多种阴阳离子的去除效果，采用mgalldh水滑石处理相同污酸作为对比实施例，结果如表3所示：

表3废酸中物质去除率

对比可知，本实施例制备的f盐对水体中复合的多种阴阳离子的去除效果很好，可同时去除多种阴阳离子。

综上所述，本发明f盐应用于处理含有金属离子的污水,发现金属离子的脱除效率可达100％。对水体中复合的多种阴阳离子的去除效果很好，可同时去除多种阴阳离子。同时制备f盐所需原料来源广泛、成本低、制备方法简单、能耗低、投资少,因此具有广泛的应用前景。