赤泥改性方法、改性物及其在吸附艳蓝染料中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及赤泥改性方法、改性物及其在吸附艳蓝染料中的应用，赤泥改性方法，其步骤包括预处理、LDO合成。本发明的有益效果是:通过对赤泥进行废物再利用，制备出具有较大比表面积、可容纳大量的阴离子染料的LDO吸附剂，制备过程所需添加材料少，工艺简单，成功率高，并且LDO对模拟废水拥有较高的吸附去除率，对于50mg/L的艳蓝染料模拟废水，0.1gLDO对其的去除率的就可达到98%以上，远远高于赤泥的最高去除率38%、焙烧赤泥的22%以及LDH的89%的去除率;特别是对于400mg/L的模拟废水，LDO的最高吸附量可达到170mg/g，拥有较高的使用价值。
【专利说明】赤泥改性方法、改性物及其在吸附艳蓝染料中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于吸附剂材料研究领域，特别涉及赤泥改性方法、改性物及其在吸附艳蓝染料中的应用。
【背景技术】
[0002]赤泥(Red Mud,简称RM)是氧化铝生产过程中产生的废渣，因为外观呈红色，因此称为赤泥。目前，平均每生产I吨氧化招就会排出1-2吨(干重)赤泥。近年我国氧化招产业高速发展，据中国铝业股份有限公司发布的年报显示，2011年我国氧化铝生产量为3881万吨，约占世界总产量的30%，产生的赤泥在4000万吨以上；目前我国赤泥综合利用率仅为4%，累积堆存量达到2.5亿吨。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产生量还将不断增加，大量赤泥的长期堆积，不仅占用了土地资源，而且带来了很多生态环境问题和安全隐患。如何解决其大量堆存导致的环境、安全与资源浪费的问题，是目前学术界和工业界研究的热点问题。
[0003]李龙等人利用赤泥富含Al、Fe等三价金属离子的特点，通过往赤泥中引入适量的二价金属离子，如氧化镁等，通过焙烧还原，并将焙烧产物加入到足量碳酸钠溶液中，通过充分搅拌引入碳酸根阴离子及游离水，来成功地合成出具有层状结构的水滑石(Layereddouble hydroxides, LDH)(Influence of red Phosphorus on the Flame 一 Retardantproperties of ethylene Vinyl acetate/Layered double hydroxides composites[J],Iranian Polymer Journal.2012(21):557-568)。
[0004]张峰等人的研究是利用镁铝水滑石(Mg-Al-CO3-LDH)及其500 V下焙烧5h的产物，即失去了阴离子和层间水的层状金属氧化物(Mg-Al-LDO)来用作吸附剂吸附萘酚绿。实验结果表明LDO对萘酚绿具有良好的吸附效果，最高吸附量可以达到193.4mg/g (Removal of Naphthol Green Bfrom Aqueous Solution by Calcined Layered DoubleHydroxides:Adsorption Property and Mechanism Studies[J], Chinese Journal ofChemistry.2009(27): 1767-1772)。该研究是通过对镁铝水滑石进行焙烧，去除层间的阴离子及游离水，来得到层状金属氧化物结构。
[0005]本方案是利用赤泥为原材料，直接合成层状双金属氧化物LDO结构，并在此基础上合成了层状双金属氢氧化物LDH结构，并研究了这两种吸附剂用于处理艳蓝染料模拟废水的应用。
【发明内容】
[0006]为了对于赤泥废物再利用，本发明对于赤泥进行了改性，制备了层状双金属氧化物LDO吸附剂，并提供了吸附剂在吸附艳蓝染料中的应用。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]赤泥改性方法，其步骤包括:
[0009]I)预处理:[0010]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通过200目分样筛。
[0011]2) LDO 合成:
[0012]将氧化镁、氧化锌或氧化镍的至少一种金属氧化物与赤泥混合均匀，金属氧化物与(Al+Fe)的摩尔比为1: 1-5: 1，在500-600°C下焙烧3_8h，得到LD0，经球磨，然后过200目筛。
[0013]进一步的,本发明提供对于LDO继续进行改性,还包括步骤3):按LD0:碳酸钠=
3: I的质量比配置饱和碳酸钠溶液，并将LDO放入碳酸钠溶液中，充分搅拌8-12h，，将碳酸根阴离子及游离水引入其层间结构，合成LDH，作为另一种吸附剂材料。
[0014]艳蓝染料模拟废水的制备过程为:称取活性艳蓝染料分别溶于一定量的水中，配置浓度为20、50、100、200、400mg/L的模拟废水，每组样品均称取50ml模拟废水备用。
[0015]吸附剂吸附艳蓝染料的应用过程为，将0.1-1.0g赤泥改性物加入到50ml的20-400mg/L的模拟染料废水中，在15_45°C吸附温度下震荡5_150min;然后取上层清液，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率。
[0016]优选的是，赤泥改性物添加量为0.1-0.8g。
[0017]优选的是，吸附的温度为15_35°C。
[0018]更加优选的是，吸附的温度为25°C。
[0019]优选的是，震荡时间为60_120min。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]赤泥作为制备吸附剂的原材料，拥有成本低，取材方便的优点；在本方案中通过对赤泥进行废物再利用，制备出具有较大比表面积、可容纳大量的阴离子染料的LDO吸附齐U，制备过程所需添加材料少，工艺简单，成功率高，并且LDO对模拟废水拥有较高的吸附去除率，对于50mg/L的艳蓝染料模拟废水，0.1gLDO对其的去除率的就可达到98%以上，远远高于赤泥的最高去除率38%、焙烧赤泥的22%以及LDH的89%的去除率；特别是对于400mg/L的模拟废水，LDO的最高吸附量可达到170mg/g，拥有较高的使用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为四种吸附剂对50mg/L的艳蓝染料的去除率，其中反应温度为27°C，反应时间为 120min;
[0023]图2为0.1gLDO在不同温度下对50mg/L艳蓝染料的去除率，反应时间为120min;
[0024]图3为0.1gLDO在25°C下对不同浓度的艳蓝染料的去除率。
【具体实施方式】
[0025]下面用实施例进一步描述本发明:
[0026]1.吸附剂的合成:
[0027]实施例1:
[0028]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通过200目分样筛；按Mg: (Al+Fe) = 3: I的摩尔比将氧化镁和赤泥混合均匀，在550°C下焙烧4h，得到LD0，经球磨、过200目筛得到所需吸附剂材料，记为吸附剂I。
[0029]实施例2:[0030]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通过200目分样筛；按Mg: (Al+Fe) =3: I的摩尔比将氧化镁和赤泥混合均匀，在550°C下焙烧4h，得到LD0，经球磨、过200目筛；按LD0:碳酸钠=3: I的质量比配置饱和碳酸钠溶液，并将LDO放入碳酸钠溶液中，充分搅拌10h，将碳酸根阴离子及游离水引入其层间结构，合成LDH，作为另一种吸附剂材料，记为吸附剂II。
[0031]2.艳蓝染料吸附的应用:
[0032]I)艳蓝染料模拟废水的制备:
[0033]称取活性艳蓝染料分别溶于一定量的水中，配置浓度为20、50、100、200、400mg/L的模拟废水，每组样品均称取50ml模拟废水备用。
[0034]2)对比吸附剂的制备:
[0035]对比吸附剂1:将赤泥通过200目分样筛。
[0036]对比吸附剂II，将赤泥在550°C下焙烧4小时，得到焙烧赤泥，并通过200目分样筛。
[0037]3)四种吸附剂在艳蓝染料吸附中的应用:
[0038]对比例1:
[0039]将0.1-1g的对比吸附剂I添加到50mg/L的艳蓝染料模拟废水中，在27°C下振荡120min，然后取上层清液在4000转/min的转速下离心lOmin，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率。随着添加赤泥量的增加，对比吸附剂I对艳蓝的去除率从
31.1增加至Ij 35.8%，最高去除率为38.4%。
[0040]对比例2:
[0041]将0.1-1g的对比吸附剂II添加到50mg/L的艳蓝染料中，在27°C下振荡120min，然后取上层清液在4000转/min的转速下离心lOmin，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率。随着添加的焙烧赤泥量的增加，焙烧赤泥对艳蓝染料的去除率变化不明显，大概在20%左右，最高仅为22.1%。
[0042]实施例3:
[0043]将0.1-1g吸附剂II添加到50mg/L的艳蓝染料中，在27°C下振荡120min，然后取上层清液在4000转/min的转速下离心lOmin，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率。随着LDH添加量的增加，LDH对艳蓝去除率从54.2%增加到89.0%。
[0044]实施例4:
[0045]将0.1-1g吸附剂I添加到50mg/L的艳蓝染料中，在27°C下振荡120min，然后取上层清液在4000转/min的转速下离心lOmin，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率。在添加0.1gLDO时，对艳蓝的去除率就达到98.1%，最高去除率为98.9%。
[0046]将对比例1-2以及实施例3-4的数据列表如下:
[0047]
【权利要求】
1.赤泥改性方法，其特征在于，步骤包括 1)预处理: 赤泥水洗至中性，烘干，球磨后过筛。 2)LDO合成: 按金属氧化物，(Al+Fe) =1:1-5:1的摩尔比将金属氧化物和过筛后的赤泥混合均匀，在500-600°C下焙烧2-8h，得到LD0，经球磨和过筛；所述的金属氧化物为二价金属氧化物。
2.如权利要求1所述的赤泥改性方法，其特征在于:二价金属氧化物为氧化镁、氧化锌和氧化镍的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的赤泥改性方法，其特征在于: 还包括步骤3):按LD0:碳酸钠=3: I的质量比配置饱和碳酸钠溶液,并将LDO放入碳酸钠溶液中，充分搅拌8-12h，合成LDH。
4.根据权利要求1或2所述的改性方法制备的赤泥改性物LD0。
5.根据权利要求3所述的改性方法制备的赤泥改性物LDH。
6.使用如权利要求4或5所述的赤泥改性物在吸附艳蓝染料中的应用，其特征在于: 将0.1-1.0g赤泥改性物加入到50ml模拟染料废水中，在15-45°C吸附温度下震荡5-150min;然后取上层清液，利用紫外-可见分光光度计测其吸光度，并计算其去除率；上述过程中，模拟染料废水的制备过程为:称取活性艳蓝染料分别溶于一定量的水中，配置浓度为20、50、100、200、400mg/L的模拟废水，每组样品均称取50ml模拟废水备用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于: 赤泥改性物添加量为0.1-0.8g。
8.如权利要求6所述的应用，其特征在于: 吸附的温度为15-35°C。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于: 吸附的温度为25°C。
10.如权利要求6所述的应用，其特征在于: 震荡时间为60-120min。
【文档编号】B01J20/08GK103464090SQ201310367139
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】钱翌, 陈希磊, 贾垂轩 申请人:青岛科技大学