一种层状结构的复合材料吸附去除水中硫酸根离子的方法
【专利说明】一种层状结构的复合材料吸附去除水中硫酸根离子的方法 发明领域
[0001] 本发明属于材料合成和水处理技术领域，具体涉及一种层状结构的复合材料吸附 去除水中硫酸根离子的方法。
【背景技术】
[0002] 硫酸盐废水广泛存在于食品生产、医药制造、造纸、矿山开采等行业中。如果含硫 酸根废水不经处理直接排放到水体中，将导致水体水质下降，生态平衡遭到破坏；生成的硫 化物和H2S有剧毒，危害水生动植物和人类的健康。目前，处理硫酸根废水方法主要有化学 沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法、冷冻法等物理化学的方法和生物法。化学沉淀法主 要是钡法和钙法，产生的硫酸钡和硫酸钙等固体废弃物对环境会造成污染。离子交换法中 离子交换树脂吸附量有限，装填量大，运行费用高。膜分离法受水质的影响较大，水质成分 复杂对膜的损耗较大，导致去除率受到严重影响。冷冻法属于物理方法，只适用于高浓度的 硫酸根离子废水的去除，且去除效率低。生物法处理成本相对较高，且产生的硫化氢对微生 物存在较大的毒害作用。与其他方法相比较，吸附法具有操作简单、吸附效果优良、成本低、 无环境污染或环境污染少的优点。目前，针对硫酸根离子的吸附剂主要有天然矿石，生活生 产废弃物，人工合成的新型吸附剂三类。这些吸附剂存在许多不足之处，据国内外学者研究 天然矿石类和生活生产废弃物类吸附剂如蒙脱石，针铁矿，粉煤灰等，虽然成本低，但是处 理效果差。这两类吸附剂经过改性之后效果可得到改善，但却存在着改性方法复杂和改性 试剂费用高的问题。人工合成的新型吸附剂大多效果优良，在材料价格，制备方法，工艺运 行方面存在原材料成本高，制备工艺复杂，运行需要特殊反应装置的缺陷。
[0003] 水滑石是一种具有层状结构的新型无机功能材料，化学式为[M1 X2+MX3+(OH)2])!+^)：!/>111!120，12+表示二价金属离子，如1% 2+、2112+等，13+表示三价金属离子，如413+、？6 3+， An表示阴离子，如CO32、N03、C1等，X是M 37(M2++M3+)的比，介于0. 2~0. 33之间。目前， 利用该材料的吸附性能在水处理领域已有应用。水滑石没有固定的化学组成，其主体层板 的金属元素种类及组成比例、层间阴离子的种类、二维孔道结构均可调节，从而得到不同性 质和性能的新材料，且廉价易得，是一种极具研究潜力和应用前景的新型材料。利用L-谷 氨酸锌铝水滑石和硝酸根锌铝水滑石复合材料吸附阴离子的的研究几乎没有。
[0004] 谷氨酸，化学名称为α -氨基戊二酸，内含两个羧基，是一种酸性氨基酸。L-谷氨 酸是谷氨酸的左旋体，天然存在的氨基酸均为L型对映体。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种由L-谷氨酸锌铝水滑石和硝酸根锌铝水滑石形成的层 状复合材料吸附去除水中硫酸根离子的方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下方式实现的。
[0007] -种层状结构的复合材料吸附去除水中硫酸根离子的方法，该方法采用新制的 L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料吸附去除水中的硫酸根离子。
[0008] 进一步地，所述L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料的制备步骤如 下：先将摩尔量比为2:1~4:1的Zn(NO3)2 · 6H20与Al (NO3)3 · 9H20完全溶于水中，得混 合盐溶液；再将与Al (NO3) 3 ·9Η20等摩尔量的L-谷氨酸完全溶于水中，得谷氨酸溶液；在N2保护，40°C~70°C水浴条件下，将混合盐溶液滴加入谷氨酸溶液中，强烈搅拌，用NaOH溶液 控制反应过程中pH值为7. 8~8. 2 ;待滴加完毕后，静置陈化；洗涤，抽滤，40°C~70°C下烘 干。
[0009] 进一步地，所述L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料作为吸附剂应 用于硫酸根离子的水溶液的处理中。
[0010] 进一步地，该方法具体步骤为：取新制的L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑 石复合材料加入硫酸根离子的水溶液中，搅拌，进行动态吸附，反应时间为5~60min。
[0011] 进一步地，所述水溶液中硫酸根离子的初始浓度为50~150mg/L ;硫酸根离子的 水溶液初始pH值为2~10。
[0012] 进一步地，所述L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料的投加 量与硫 酸根离子的水溶液的体积比为〇. 8g/L~I. 6g/L。
[0013] 进一步地，所述方法中，吸附温度为20°C~40°C。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点与技术效果：
[0015] (1)本发明的材料制备方法为共沉淀法，是一类最常用的方法，具有反应无需高温 高热，操作简单，运行费用低、重复性效果好的优点。
[0016] ⑵本发明材料的原料为Zn(NO3)2 ·6Η20, Al (NO3) 3 ·9Η20和L-谷氨酸，廉价易得， 成本低，污染小。
[0017] (3)本发明材料吸附硫酸根离子反应速度快，IOmin具有较大的吸附量，其它硫酸 根离子的吸附材料反应时间大多都需要4h以上的时间。
[0018] (4)反应过程中出现自发的吸附-解析，本发明材料可重复利用。
[0019] (5)吸附操作方法简单，运行成本低。本发明材料具有相对广泛的适用范围，酸性 和碱性以及不同浓度条件下都有较好的吸附性能。
[0020] (6)后处理简单，本发明材料密度大，沉降性能好，无需特殊分离手段就能实现固 液分离。
【附图说明】
[0021] 图1为实施例1得到的L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料的X 射线衍射图。
[0022] 图2为实施例1得到的L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料的红 外光谱图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不 限于此
[0024] 实施例1
[0025] L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料的制备方法：称取 26. 73gZn(NO3)2 · 6H20,11. 25gAl (NO3)3 · 9H20完全溶于120ml水中，溶液中金属离子的含 量为lmol/L ;称取4. 41g L-谷氨酸溶于300ml水中，得到lOOmmol/L的谷氨酸溶液；称 取40gNa0H溶于IL的水中，得到lmol/L的NaOH溶液。在N2保护，60°C水浴条件下，将 Zn (NO3)2 · 6H20和Al (NO3)3 · 9H20的混合液逐渐滴加入谷氨酸溶液中，滴加过程中搅拌，用 lmol/L的NaOH溶液控制反应过程中pH值为8。待滴加完毕后，静置陈化4h。用煮沸过的 去离子水洗涤3次，过滤。将得到的沉淀物在60°C下干燥24h，研磨，得L-谷氨酸锌铝水滑 石/硝酸根锌铝水滑石复合材料。
[0026] 实施例2
[0027] L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料结构表征。
[0028] (1)晶型：X射线粉末仪，型号为德国Bruker公司D8ADVANCE，实验条件为铜靶， 入射线波长0. 15418纳米，Ni滤波片，管压40KV，管流40mA，扫描步长0. 02度，扫描速度 0.1秒/步，扫描范围2°到70°，结果如图1所示，本发明材料X射线衍射图基线平稳，在 2 Θ为6.8°，13. 5°，20. 5°，34°，60°有较强的衍射峰，表现出L-谷氨酸锌铝水滑石和 硝酸根锌铝水滑石特征衍射峰，表明L-谷氨酸锌铝水滑石/硝酸根锌铝水滑石复合材料晶 相单一，晶体结构完整。
[0029] (2)定性分析：通过傅里叶转换红外光谱仪进行表征，检测波长范围为400cm 1SJ 4000cm \结果如图2所示，在1635cm 1出现C = 0的伸缩振动特征峰，940cm 1出现OH弯