海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用
【专利摘要】本发明涉及海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，属于吸附材料制备和水处理技术领域。本发明将硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液与氢氧化钠和海藻酸钠的混合碱悬浊液按照0.05 mol：0.025 mol：0.15 mol：0.0125～0.05 mol的比例逐滴加入到40～80℃加热的装有蒸馏水的烧瓶中，控制pH值10左右，搅拌6～24 h，静置晶化3～12 h，制得海藻酸钠插层水滑石吸附剂。本发明通过低饱和共沉淀法直接制备海藻酸钠插层水滑石吸附剂，制备工艺简单，条件易控，且吸附容量高，能有效去除水中的重金属离子，吸附剂制备与吸附过程环境友好。
【专利说明】
海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用
技术领域
[0001]本发明涉及海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，属于吸附材料制备和水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]随着采矿、炼油、冶炼金属、金属加工、电池制造、电镀、制革和化工产业的发展以及生产生活污水超标排放，造成大量的重金属，如铜、镉、铅、汞、钴等进入到水体中，引起严重的水污染。由于重金属的毒性、稳定性、难降解性，各种化学形态的重金属进入环境和生态系统后就会慢慢存留、积累和迀移，对人体、环境和生态系统造成严重危害。因此，重金属废水的综合治理已成为当前亟需解决的问题之一。
[0003]目前，国内外对重金属废水的处理方法主要有化学沉淀法、化学氧化法、絮凝法、反渗透法、膜过滤法、电渗析、离子交换法、电化学法、生物化学法、光催化氧化法和吸附法等。大部分方法都存在价格昂贵、效率较低、存在二次污染等缺点，而吸附法以其吸附速率快、效率高、操作简单、价格低廉、易回收利用等优势得到很大的关注。
[0004]水滑石是一种层柱状双金属氢氧化物，是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土，其理想结构式为Mg6Al2(0H)i6C03.4H20，是一种天然存在的矿物，结构类于水镁石(Mg(OH)2)。水滑石层间阴离子的可交换性使其具有一定的吸附性，使得该类物质在离子交换与吸附催化等领域显示出良好的应用前景。利用层间阴离子的可交换性，可以将一些阴离子引入层间，利用其与重金属的络合作用，从而提高吸附效率。如专利CN 103638905 A中，采用离子交换法合成了酒石酸插层的镁铝水滑石，能快速吸附水中的铜离子。
[0005]海藻酸钠是一种天然多糖聚合物，含有大量的自由羟基和羧酸盐，分子式为C5H7O4COONa13由于其稳定性、无毒性、优良的成膜性或成球性、选择性、可降解性、成本廉价等特征，在吸附分离领域引起人们广泛的研究兴趣。
[0006]本专利将海藻酸钠引入水滑石的层间，制备具有良好重金属吸附性能的吸附剂。既充分利用了水滑石优异的吸附性能，又发挥了海藻酸钠的无毒性、良好的吸附能力和优良的成型能力。制备海藻酸钠插层水滑石吸附剂所采用的低饱和共沉淀方法的制备工艺简单，条件易控，吸附重金属的容量高，且未见公开的专利和文献报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、吸附效果好的海藻酸钠插层水滑石的低饱和共沉淀制备方法。本发明的目的还在于提供一种改性水滑石去除水中重金属离子的方法。
[0008]技术方案
本发明的方法是通过低饱和共沉淀法在合成水滑石的过程中同时将海藻酸钠插层到其中，从而制备成海藻酸钠插层水滑石，并将其应用于水中重金属离子的去除。
[0009]海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，其特征在于，包括以下步骤: (1)将硝酸镁和硝酸铝溶于蒸馏水中，形成透明溶液；
(2)将氢氧化钠和海藻酸钠溶于蒸馏水中，形成悬浊液；
(3)在氮气保护下，将步骤(I)和步骤(2)的溶液逐滴加入到40?80°(:加热的装有蒸馏水的烧瓶中，并控制pH值在10左右，搅拌6?24 h，待反应完全后，在加热状态下静置晶化3?12 h，取出白色沉淀物，用蒸馏水洗涤至中性，烘干研磨，即得到海藻酸钠插层水滑石材料。
[0010]上述制备方法合成了以Mg和Al为层板金属阳离子，以海藻酸钠为层间阴离子的水滑石材料。氮气保护是为了防止空气中的二氧化碳进入水滑石层间形成碳酸根插层的水滑石。pH值的有效控制是避免氢氧化物杂相的生成。pH值过高会造成Al3+及其他离子的溶解，而低的PH值会使反应不完全。反应完成后的动态和静态晶化是为了得到结晶度良好的材料。
[0011]上述制备方法中，硝酸镁，硝酸铝，氢氧化钠和海藻酸钠参与海藻酸钠插层水滑石材料的合成过程，海藻酸钠进入水滑石层间，其加入量并不影响产物的生成，但是会影响所制备的海藻酸钠插层水滑石的性能。为了减少原料浪费，同时获得性能较高的海藻酸钠插层水滑石，硝酸镁，硝酸铝，氢氧化钠，海藻酸钠的用量比例优选为:0.05 mol: 0.025 mol:
0.15 mol:0.025 mol0
[0012]将制备的海藻酸钠插层水滑石吸附剂用于水中重金属离子的去除，步骤如下:
取20 mL浓度为I?2.5mmol/L的重金属离子溶液于50 mL离心管中，加入0.05 g的海藻酸钠插层水滑石，室温下振荡1.5?4 h，然后进行离心，取上清液检测重金属离子浓度，依据溶液中重金属离子的初始浓度和吸附后溶液中的重金属离子剩余浓度，计算重金属离子的去除率和吸附量。
[0013]上述重金属离子选自下列之一:Cu2+、Pb2+、Cd2+。
[0014]有益效果:
(1)本发明通过低饱和共沉淀法即时合成了海藻酸钠插层水滑石，方法简单易控，制备成本低；
(2)本发明在在较小的吸附剂投加量下即可实现重金属离子的高效去除，去除率均在90%以上；
(3)该方法所制备的海藻酸钠插层水滑石对水中的重金属，如铜、铅、镉等的吸附效果相较于未加入海藻酸钠的水滑石大大提高。对(:112+、？132+、0(12+的吸附容量分别可达0.59mmol/g、0.91 mmol/g、0.37 mmol/g0
【附图说明】
[0015]图1是本发明三种实施例的海藻酸钠插层水滑石吸附剂与海藻酸钠对比的X射线衍射光谱图；其中，a_d依次为:海藻酸钠、海藻酸钠插层水滑石1、海藻酸钠插层水滑石2、海藻酸钠插层水滑石3的X射线衍射光谱图。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:一种海藻酸钠插层的水滑石吸附剂的制备方法
(I)将0.05 mol硝酸镁和0.025 mol硝酸铝溶于蒸馏水中，形成透明溶液； (2)将0.15 mol氢氧化钠和0.025 mol海藻酸钠溶于蒸馈水中，形成悬池液；
(3 )在氮气保护下，将步骤(I)和步骤(2)的溶液逐滴加入到60 0C加热的装有蒸馏水的烧瓶中，并控制pH值在10左右，搅拌12 h，待反应完全后，在加热状态下静置晶化6 h，取出白色沉淀物，用蒸馏水洗涤至中性，烘干研磨，即得到海藻酸钠插层水滑石材料I。
[0017]实施例2:—种海藻酸钠插层的水滑石吸附剂的制备方法
(1)将0.05mol硝酸镁和0.025 mol硝酸铝溶于蒸馏水中，形成透明溶液；
(2)将0.15mol氢氧化钠和0.05海藻酸钠溶于蒸馏水中，形成悬浊液；
(3 )在氮气保护下，将步骤(I)和步骤(2)的溶液逐滴加入到80 0C加热的装有蒸馏水的烧瓶中，并控制pH值在10左右，搅拌24 h，待反应完全后，在加热状态下静置晶化12 h，取出白色沉淀物，用蒸馏水洗涤至中性，烘干研磨，即得到海藻酸钠插层水滑石材料2。
[0018]实施例3:—种海藻酸钠插层的水滑石吸附剂的制备方法
(1)将0.05mol硝酸镁和0.025 mol硝酸铝溶于蒸馏水中，形成透明溶液；
(2)将0.15mol氢氧化钠和0.0125 mol海藻酸钠溶于蒸馈水中，形成悬池液；
(3 )在氮气保护下，将步骤(I)和步骤(2)的溶液逐滴加入到40 0C加热的装有蒸馏水的烧瓶中，并控制pH值在10左右，搅拌6 h，待反应完全后，在加热状态下静置晶化3 h，取出白色沉淀物，用蒸馏水洗涤至中性，烘干研磨，即得到海藻酸钠插层水滑石材料3。
[0019]实施例4:重金属离子Cu2+的去除
取20 mL浓度为1.5 mmol/L的重金属离子溶液于50 mL离心管中，加入0.05 g的海藻酸钠插层水滑石，室温下振荡2 h，然后进行离心，取上清液检测重金属离子浓度，依据溶液中重金属离子的初始浓度和吸附后溶液中的重金属离子剩余浓度，计算重金属离子的去除率和吸附量，其去除率为97.8%，吸附容量为0.59 mmol/g。
[0020]实施例5:重金属离子Pb2+的去除
取20 mL浓度为2.5 mmol/L的重金属离子溶液于50 mL离心管中，加入0.05 g的海藻酸钠插层水滑石，室温下振荡4 h，然后进行离心，取上清液检测重金属离子浓度，依据溶液中重金属离子的初始浓度和吸附后溶液中的重金属离子剩余浓度，计算重金属离子的去除率和吸附量，其去除率为90.6%，吸附容量为0.91 mmol/g。
[0021]实施例6:重金属离子Cd2+的去除
取20 mL浓度为I mmol/L的重金属离子溶液于50 mL离心管中，加入0.05 g的海藻酸钠插层水滑石，室温下振荡1.5 h，然后进行离心，取上清液检测重金属离子浓度，依据溶液中重金属离子的初始浓度和吸附后溶液中的重金属离子剩余浓度，计算重金属离子的去除率和吸附量，其去除率为93.4%，吸附容量为0.37 mmol/g。
【主权项】
1.海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，其特征在于，包括以下步骤: (1)将硝酸镁和硝酸铝溶于蒸馏水中，形成透明溶液； (2)将氢氧化钠和海藻酸钠溶于蒸馏水中，形成悬浊液； (3)在氮气保护下，将步骤(I)和步骤(2)的溶液逐滴加入到40?80°(:加热的装有蒸馏水的烧瓶中，并控制pH值在10左右，搅拌6?24 h，待反应完全后，在加热状态下静置晶化3?12 h，取出白色沉淀物，用蒸馏水洗涤至中性，烘干研磨，即得到海藻酸钠插层水滑石材料。2.根据权利要求1所述的海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，其特征在于，硝酸镁，硝酸铝，氢氧化钠，海藻酸钠的用量比例为:0.05 mol:0.025 mol:0.15 mol:0.0125?0.05 molο3.根据权利要求1所述的海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，其特征在于，用于水中重金属离子的去除，步骤如下: 取20 mL浓度为I?2.5mmol/L的重金属离子溶液于50 mL离心管中，加入0.05 g的海藻酸钠插层水滑石，室温下振荡1.5?4 h，然后进行离心，取上清液检测重金属离子浓度，依据溶液中重金属离子的初始浓度和吸附后溶液中的重金属离子剩余浓度，计算重金属离子的去除率和吸附量。4.根据权利要求1所述的海藻酸钠插层水滑石吸附剂的制备及应用，其特征在于，所述重金属离子选自下列之一:Cu2+、Pb2+、Cd2+。
【文档编号】B01J20/22GK105854811SQ201610200163
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】闫良国, 单然然, 于海琴, 闫涛, 杜斌
【申请人】济南大学