磁性氢氧化镁吸附剂及其制备方法与流程

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种磁性氢氧化镁吸附剂及其制备方法。

背景技术：

随着工业的发展，来源于电镀、矿冶、制革、染(涂)料、农药及医药等行业的含重金属或有机污染物的各类废水对环境造成了严重的危害，同时严重威胁到人们的生命安全。因此，如何去除废水中的污染物在水污染治理及水环境修复过程中显得格外重要。吸附法因其操作简单、成本低、安全、反应条件温和等优点而在水处理过程中深受大家青睐。

氢氧化镁因其呈碱性且缓冲性能良好，而被广泛应用于对酸性物质的吸附(中和)。近年来的研究表明，氢氧化镁具有活性大、吸附能力强、不具备腐蚀性、安全、无毒、无害，而广泛应用于印染废水脱色、重金属离子去除、废水脱磷脱铵和烟气脱硫等领域。但是，氢氧化镁同时存在颗粒之间凝聚性强的特点，使得其在废水处理过程中易聚集，降低了比表面积，从而一定程度上影响吸附效果。

众所周知，决定吸附材料的性能包括其比表面积大小，表面性能(官能团、电荷状态及数量)。与此同时，吸附反应完成后，如何轻易地实现吸附剂与废水的分离也是吸附法关注的一个焦点。纳米材料因其大的比表面积和高的吸附容量受到人们的广泛关注，但将纳米材料应用于水处理，分离成为一个难题。因此，研究一种工艺简单、制备的吸附剂性能好且能易从水中分离的新型氢氧化镁吸附剂的制备方法具有良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量高、吸附速度快、对废水中的重金属或有机污染物有强去除能力且易于分离回收的磁性氢氧化镁吸附剂，并相应提供一种工艺简单、成本低廉的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种磁性氢氧化镁吸附剂，所述磁性氢氧化镁吸附剂以多孔氢氧化镁为载体负载并填充有fe3o4纳米粒子。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂中，优选的，所述磁性氢氧化镁吸附剂的比表面积为67.3436±0.1699m²/g，所述多孔氢氧化镁的比表面积为63.0366±0.3732m²/g。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)载体制备：在持续搅拌下，将naoh溶液逐滴加入到含mgso4的微乳体系中，滴加完后，继续搅拌，然后静置老化，将所得产物反复冲洗至ph为中性，经烘干后，得到多孔氢氧化镁；

(2)负载：将步骤(1)得到的多孔氢氧化镁加入到无水乙醇中，超声分散后，加入铁盐溶液，在惰性气体保护下搅拌，得到混合液，将混合液的ph值调节至10～11，继续搅拌，然后静置老化，将所得产物反复冲洗至ph为中性，经烘干后，得到磁性氢氧化镁吸附剂。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述naoh溶液与含mgso4的微乳体系的体积比为1∶1，所述naoh与mgso4的摩尔比为2∶1，所述微乳体系为丙醇的水溶液，丙醇与水的体积比为15～20∶80～85。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述持续搅拌的速度为400rpm～600rpm，所述继续搅拌的速度为180rpm～300rpm，所述继续搅拌的时间为4h～6h，所述静置老化的时间为12h～24h。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，采用水和乙醇对所述产物进行反复交替冲洗，所述烘干的温度为40℃～60℃。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述多孔氢氧化镁、无水乙醇、铁盐溶液的比例为1g～2g∶50ml～80ml∶200ml～250ml；所述铁盐溶液为硫酸亚铁和氯化铁的混合水溶液，所述硫酸亚铁与氯化铁的摩尔比为1∶2～3，每毫升所述铁盐溶液中铁元素(包括二价铁和三价铁)的含量为0.9mg～3.6mg。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述超声分散的时间为5min～8min。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述惰性气体保护下进行搅拌时，搅拌速度为200rpm～400rpm，搅拌时间为20min～40min；所述继续搅拌的速度为180rpm～300rpm，所述继续搅拌的时间为1h～2h，所述静置老化的时间为12h～24h。

上述的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，采用水和乙醇对所述产物进行反复冲洗，所述烘干的温度为60℃～80℃。

本发明的技术方案在微乳体系中制备多孔氢氧化镁，其目的在于获得多孔、比表面积大的氢氧化镁载体，从而提高材料的吸附能力。该吸附材料的制备过程中还通过铁盐溶液与氢氧化镁载体充分混合，一步合成了纳米fe3o4磁性组分，从而使吸附剂具有磁性材料的特性，能在外加磁场作用下迅速有效地实现吸附剂与反应溶液分离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的磁性氢氧化镁吸附剂的制备过程简单易行，易于控制，生产周期短，产品回收率高，成本低廉，技术通用性好。

2、本发明的磁性氢氧化镁吸附剂有效地解决了现行氢氧化镁吸附剂所存在的缺陷，吸附剂处理对象(污染物)具有广泛性，吸附性能好，易于实现与废水的分离，便于回收有价污染物。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的磁性氢氧化镁吸附剂在电子扫描电镜下的微观结构照片。

图2为本发明实施例1制得的磁性氢氧化镁吸附剂的能谱图。

图3为本发明实施例1制得的磁性氢氧化镁吸附剂在外加磁场作用下从废水中分离效果照片。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的磁性氢氧化镁吸附剂，该磁性氢氧化镁吸附剂包括多孔氢氧化镁和fe3o4纳米粒子，磁性氢氧化镁吸附剂以多孔氢氧化镁为载体，多孔氢氧化镁负载并填充有fe3o4纳米粒子。

一种上述本实施例的磁性氢氧化镁吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)氢氧化镁载体的制备：在速度为500rpm的快速持续搅拌下，将等体积(具体为100ml)的1mol/l的naoh溶液逐滴加入到0.5mol/l(mgso4浓度)的含mgso4的微乳体系中，滴加完后，在200rpm速度下继续搅拌6h，静置老化24h，将产物用水和乙醇反复交替冲洗至ph为中性，于50℃烘干，得到多孔氢氧化镁载体；含mgso4的微乳体系中，微乳体系介质为丙醇的水溶液，c3h8o3与水的体积比为15∶85。经测试，多孔氢氧化镁的比表面积为63.0366±0.3732m²/g，平均孔径为1.93nm，平均粒径为95.2nm。多孔氢氧化镁的孔主要为表面的凹孔、坑。

(2)负载：称取0.915gfeso4·7h2o和1.665gfecl3·6h2o溶于200ml去氧水中，立即通n2保护，于65℃下以300rpm的速度搅拌制得铁盐溶液。取1g步骤(1)得到的多孔氢氧化镁载体加入到50ml无水乙醇中，超声分散5min，然后加入到前述制备的铁盐溶液中(可持续前述的65℃加热搅拌)，在n2保护下以200rpm搅拌30min，关闭加热至温度小于或等于40℃。用naoh溶液调节所得混合液ph至10～11，以200rpm继续搅拌1h，静置老化24h，将所得产物用水和乙醇反复交替冲洗至ph为中性，于80℃烘干，得到磁性氢氧化镁吸附剂。如图1所示，吸附剂表面粗糙，呈层叠、多坑、多孔结构，该结构有利于对污染物的吸附和截留。该吸附剂的元素构成如图2所示(能谱图)，该吸附剂含有大量的fe，说明fe3o4被成功地负载到吸附剂内。经测定，该磁性氢氧化镁吸附剂的平均孔径为1.96nm，比表面积为67.36m²/g(67.3436±0.1699m²/g范围内)，平均粒径为89.1nm。

为考察本发明的磁性氢氧化镁吸附剂的吸附效果，进行了以下实验：

往含四环素的废水中添加上述本实施例制得的磁性氢氧化镁吸附剂，每升废水中的吸附剂添加量为0.2g，反应体系的ph为6.0，在室温条件下振荡反应24h，反应完成后用磁铁吸住吸附剂复合材料，分离材料和废水，完成对废水中四环素的处理。

经测试，在一定浓度范围内(120～400mg/l)，本发明吸附剂对四环素的吸附量随四环素初始浓度的升高而增大，当四环素初始浓度为120mg/l时，四环素吸附量为91.0mg/g，当四环素初始浓度为400mg/l时，本发明的吸附剂对四环素的吸附量可以达到1035.4mg/g，显著大于已有的报道，说明本发明的吸附剂在对四环素的处理方面有非常大的潜力。

在一定时间范围内(1～1440min)，本发明的吸附剂对四环素的吸附速度非常快并且吸附量大，在处理15min时，吸附量已达到262.1mg/g，随着吸附反应时间的延长，吸附量随时间增长，反应24h时的吸附量高达1065.4mg/g，已经显著优于现有技术中吸附剂对四环素的吸附量。

在外加磁场作用下，本发明的吸附剂在30s内能达到图3所示从废水中分离的效果，分离速度快，分离效果非常好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。