一种MgAl-LDH/生物炭吸附剂的制备方法及其应用

本发明涉及环境功能材料与生物质资源化利用，尤其涉及一种mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、三嗪类除草剂对多种一年生杂草和落叶杂草具有优异的防除效果，目前应用最为广泛的三嗪类除草剂有阿特拉津，西玛津等，但施用过程中，残留的除草剂会随着雨水及灌溉进入水体环境中，阿特拉津、西玛津具有流动性高，化学稳定性好和半衰期长的特点，研究证实阿特拉津和西玛津是一种内分泌干扰物，会导致动物雌化，人体长期接触会对神经系统，免疫系统等造成毒害，基于阿特拉津和西玛津潜在的环境危害，应用合理有效的方法对其进行污染控制具有重要意义。

2、目前，针对阿特拉津和西玛津的处理方法主要包括生物处理法、化学氧化和吸附法。然而，生物处理法受到特定菌种难以筛选，反应过程对水质要求较高；化学氧化法需要消耗大量药剂，处理成本较高；而吸附法具有操作简单、处理效果好、吸附剂可循环使用等特点被认为是一种很有前途的水处理方法。在众多吸附材料当中，层状双金属氢氧化物(layered double hydroxide，ldh)由于其特殊的层状结构和优异的离子交换能力已被用于重金属离子、印染、造纸和核废水处理。ldh是由超分子材料组装形成的水滑石或类水滑石插层材料的统称，目前，ldh的制备方法包括共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧复原法等。然而，在制备过程中也存在一定的问题，如晶体在生长过程中容易发生团聚现象，使得材料比表面积减小，进而使材料性能下降。针对这一问题，寻求合适的基底材料作为载体将ldh负载于其表面可有效防止团聚现象的发生。生物炭是一类以生物质为原料，在缺氧或无氧条件下通过煅烧或水热方法制备成的富碳产品，具有化学结构稳定、比表面积大、孔隙丰富等特点，该类型材料可成为ldh的优良载体，层状生长的ldh可进一步提升复合材料的比表面积，增加材料的吸附点位，从而提高吸附性能。

3、但是，目前关于制备吸附西玛津的吸附材料研究较少，而制备既可以吸附阿特拉津又可以吸附西玛津的吸附材料的报道更是少见，因此，发明一种对阿特拉津和西玛津均具有良好吸附效果的吸附材料具有重要的意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法及其应用，本发明制备的mgal-ldh/生物炭吸附剂对阿特拉津和西玛津均表现出优异的吸附性能，可作为阿特拉津、西玛津污染控制的良好吸附剂。

2、为达到上述目的，本发明的具体方案如下：

3、本发明提供了一种mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将甘蔗渣烘干至恒重，研磨过筛后得到甘蔗渣粉末；

5、s2：将步骤s1获得的甘蔗渣粉末转移至管式炉中，在n2氛围下进行热解，获得甘蔗渣生物炭(bc)；

6、s3：将铝盐、镁盐和十六烷基三甲基溴化铵溶解于水中，搅拌均匀后加入步骤s2获得的甘蔗渣生物炭，超声后置于磁力搅拌器上搅拌，得混合液，再加入碱液直至待混合液ph在9-10之间，继续搅拌3h后得到mgal-ldh/生物炭前体材料；所述混合液中镁盐与铝盐的摩尔比为2:1～2；所述混合液中十六烷基三甲基溴化铵的质量浓度为0.005g/ml～0.0075g/ml；所述混合液中甘蔗渣生物炭的质量浓度为0.025g/ml；

7、s4：将步骤s3获得的mgal-ldh/生物炭前体材料转移至高温高压反应釜中进行水热反应；

8、s5：待步骤s4反应结束后离心获得沉淀物，将沉淀物洗涤，于真空干燥箱中烘干，最终得到mgal-ldh/生物炭吸附剂。

9、进一步地，步骤s1中所述干燥温度为105℃，时间为2h；所述过筛目数为80目。

10、进一步地，步骤s2中所述热解条件为以10℃/min的升温速率升至550℃，并在此温度下保温2h，生物炭在负载ldh前进行热解目的是为了增大材料的比表面积和孔隙率。

11、进一步地，步骤s3中所述碱液由0.1mol/l的naoh溶液和0.1mol/l的na2co3溶液混合组成，所述naoh溶液和na2co3溶液的体积比为15:1。

12、进一步地，步骤s3中所述镁盐为mgcl2、mgso4、mg(no3)2及其对应的水合物中的一种或多种；所述铝盐为alcl3、al2(so4)3、al(no3)3及其对应的水合物中的一种或多种。

13、进一步地，步骤s3中所述混合液中镁盐的浓度为0.1mol/l，所述混合液中铝盐的浓度为0.05mol/l；所述混合液中镁盐与铝盐的摩尔比为2:1；所述混合液中十六烷基三甲基溴化铵的质量浓度为0.005g/ml。

14、进一步地，步骤s3中所述磁力搅拌器的转速为500rpm，搅拌温度为65℃。

15、进一步地，步骤s4中所述水热反应的温度为180℃，时间为24h。

16、进一步地，步骤s5中所述离心转速为8000rpm，时间为3min；所述干燥温度为80℃，时间为24h。

17、本发明还提供了上述方法制备得到的mgal-ldh/生物炭吸附剂的应用，所述mgal-ldh/生物炭吸附剂用于吸附阿特拉津和/或西玛津。

18、进一步地，所述mgal-ldh/生物炭吸附剂进行阿特拉津吸附实验的ph为6-7；所述mgal-ldh/生物炭吸附剂进行西玛津吸附实验的ph为5-7。

19、本发明的有益效果：

20、(1)通过本发明的方法制备得到的mgal-ldh/生物炭吸附剂，相比于甘蔗渣生物炭，对阿特拉津的吸附量提高了65％，对西玛津的吸附量提高了77％，相比于不添加ctab方法制备得到的mgal-ldh/生物炭吸附剂，对阿特拉津的吸附量提高了37％，对西玛津的吸附量提高了64％。因此，本发明制备的mgal-ldh/生物炭吸附剂相比于现有技术，吸附性能得到了显著提升，对阿特拉津和西玛津均具有良好的吸附效果。

21、(2)本发明改进了制备ldh所使用的的共沉淀方法，通过在制备过程中加入ctab，将共沉淀法与溶胶-凝胶法相结合，既起到了分散的作用，避免了共沉淀过程中晶体过度团聚的问题，显著提升了材料的比表面积，增加了吸附点位，又起到了与ldh联合改性生物炭，从而提高吸附性能，制备出对阿特拉津和西玛津均具有良好吸附效果的吸附剂。

22、(3)将甘蔗渣作为ldh的基底材料，开发了甘蔗渣的应用新途径，为甘蔗渣的回收利用提供了新思路，具有很好的环境效益。

技术特征：

1.一种mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述干燥温度为105℃，时间为2h；所述过筛目数为80目。

3.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述热解条件为以10℃/min的升温速率升至550℃，并在此温度下保温2h。

4.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述碱液由0.1mol/l的naoh溶液和0.1mol/l的na2co3溶液混合组成，所述naoh溶液和na2co3溶液的体积比为15:1。

5.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述镁盐为mgcl2、mgso4、mg(no3)2及其对应的水合物中的一种或多种；所述铝盐为alcl3、al2(so4)3、al(no3)3及其对应的水合物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述混合液中镁盐的浓度为0.1mol/l，所述混合液中铝盐的浓度为0.05mol/l；所述混合液中镁盐与铝盐的摩尔比为2:1；所述混合液中十六烷基三甲基溴化铵的质量浓度为0.005g/ml。

7.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述磁力搅拌器的转速为500rpm，搅拌温度为65℃。

8.根据权利要求1所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述水热反应的温度为180℃，时间为24h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的mgal-ldh/生物炭吸附剂的应用，其特征在于，所述mgal-ldh/生物炭吸附剂用于吸附阿特拉津和/或西玛津。

10.根据权利要求9所述的mgal-ldh/生物炭吸附剂的应用，其特征在于，所述mgal-ldh/生物炭吸附剂进行阿特拉津吸附实验的ph为6-7；所述mgal-ldh/生物炭吸附剂进行西玛津吸附实验的ph为5-7。

技术总结
本发明涉及环境功能材料与生物质资源化利用技术领域，尤其涉及一种MgAl‑LDH/生物炭吸附剂的制备方法及其应用。本发明首先通过将研磨过筛后的甘蔗渣高温热解制得甘蔗渣生物炭，然后将生物炭加入到含有铝盐、镁盐、十六烷基三甲基溴化铵的混合液当中，在搅拌过程中加入碱液，生成MgAl‑LDH/生物炭吸附剂前体材料，最后将得到的前体材料转移至高温高压反应釜中进行水热反应得到MgAl‑LDH/生物炭吸附剂。本发明制备的MgAl‑LDH/生物炭吸附剂对阿特拉津最高吸附量可达到42.3mg/g，对西玛津最高吸附量可达到55.2mg/g，均表现出优异的吸附性能，可作为阿特拉津、西玛津污染控制的良好吸附剂。

技术研发人员：赵丽丽,冯俊生,朱波
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12