申请日2014.07.01
公开(公告)日2014.09.24
IPC分类号B01J20/06; B01J20/20; C02F103/30; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种磁性有机污染废水处理剂及其制备方法和用途，属于印染废水处理领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种磁性有机污染废水处理剂及其制备方法和用途。本发明磁性有机污染废水处理剂，其通式为Fe3O4/Mn+1Xn,其是在Mn+1Xn上负载Fe3O4得到的复合物;其中，所述Mn+1Xn中M为过渡金属元素，X为C、N或CN，n为1、2或3。本发明磁性有机污染废水处理剂用于吸附染料废水中的有机物质。本发明得到磁性有机污染废水处理剂制备方法简便，价格低廉，对印染废水的吸附效果好，后处理简单而且可以重复使用多次。
权利要求书
1.磁性有机污染废水处理剂，其特征在于：其通式为Fe3O4/Mn+1Xn,其是在Mn+1Xn上负载Fe3O4得到的复合物;其中，所述Mn+1Xn中M为过渡金属元素，X为C、N或CN，n为1、2或3。
2.根据权利要求1所述的磁性有机污染废水处理剂，其特征在于：所述Mn+1Xn与Fe3O4中 Fe元素的质量比为1:0.7～2.5;优选所述Mn+1Xn与Fe3O4中Fe元素的质量比为1:2.2。
3.磁性有机污染废水处理剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、将Mn+1AXn相物质加入氢氟酸水溶液中，使Mn+1AXn相物质中A完全溶解于氢氟酸水溶液 中，过滤得到黑色沉淀，分别用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到Mn+1Xn;
其中，所述Mn+1AXn相物质中M为过渡金属元素，A是第三或第四主族元素，X是C、N或 CN，n为1、2或3;
b、取碱加入二乙二醇中，在氩气或氮气保护下于温度100～160℃下反应，反应时间为 0.5～2h，冷却得到溶液B，所述碱与二乙二醇的料液比为1:80～120g/mL，所述碱为NaOH或 KOH;
c、取Mn+1Xn加入二乙二醇中，超声波分散均匀，然后加入铁盐，在反应温度200～240℃ 下反应0.3～1h后加入溶液B继续反应1～3h，反应完毕，冷却，用磁铁将沉淀吸出，将沉 淀用水和乙醇分别洗涤，真空干燥，得到磁性有机污染废水处理剂;
其中，Mn+1Xn与二乙二醇的料液比为0.1～0.3:200g/mL;Mn+1Xn与铁盐中Fe的质量比为1: 0.7～2.5;Mn+1Xn与溶液B的料液比为0.1～0.3:50g/mL;所述铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3或 Fe2(SO4)3。
4.根据权利要求3所述的磁性有机污染废水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤a中 Mn+1AXn相物质为Ti2AlC、V2AlC、Nb2AlC、(Ti0.5,Nb0.5)2AlC、Ti3AlC2、(V0.5,Cr0.5)3AlC2、Ti3AlCN、 Ta4AlC3或Nb4AlC3;步骤a中Mn+1AX n相物质与氢氟酸水溶液的料液比为0.5～2.5:20～100g/mL; 所述氢氟酸水溶液浓度为40～50wt%。
5.根据权利要求3或4所述的磁性有机污染废水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤 b中所述碱与二乙二醇的料液比为1:100g/mL;所述反应时间为1h。
6.根据权利要求3～5任一项所述的磁性有机污染废水处理剂的制备方法，其特征在于： 步骤c中反应温度为220℃;所述Mn+1Xn与二乙二醇的料液比为0.1:200g/mL;所述Mn+1Xn与铁 盐中Fe的质量比为1:2.2;所述Mn+1Xn与溶液B的料液比为0.1:50g/mL。
7.根据权利要求3～6任一项所述的磁性有机污染废水处理剂的制备方法，其特征在于： 步骤c中Mn+1Xn与铁盐的反应时间为0.5h;加入溶液B后继续反应时间为1h。
8.权利要求1或2所述的磁性有机污染废水处理剂用于印染工艺中印染废水的处理的用 途。
9.亚甲基蓝染料废水吸附处理的方法，其特征在于：将权利要求1或2所述的磁性有机 污染废水处理剂加入亚甲基蓝染料废水溶液中，吸附即可。
10.根据权利要求9所述的亚甲基蓝染料废水吸附处理的方法，其特征在于：吸附时进 行搅拌，优选搅拌速度为300rpm;所述亚甲基蓝染料废水溶液的浓度为10～30mg/L。
说明书
磁性有机污染废水处理剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种磁性有机污染废水处理剂及其制备方法和用途，属于印染废水处理领域。
背景技术
随着我国印染工业的发展导致了大量的印染废水的排放。印染废水是一类含有一定量难 生物降解的有机废水。常用的处理方法有吸附法、化学混凝法、微波辐射法、光催化降解法 等。其中，吸附法具有吸附反应迅速和不需要加入其它添加剂的优点。吸附是发生在吸附剂 固体表面，没有化学反应发生，因而不会引入其它杂质，一直是污染废水最重要的处理方法 之一。
现有的吸附法主要是利用吸附剂较大的比较面积和较高的吸附容量来去除有机污染废水 中的有机物。常用的吸附剂有黏土、活性炭、膨润土、碳纳米管、石墨烯以及金属氧化物等。 现有的吸附效果比较好的吸附剂有碳纳米管和石墨烯，但是其制备程序复杂，价格昂贵，而 且采用现有的吸附剂，印染废水经吸附后，吸附剂与溶液分离困难，而且吸附剂和吸附质聚 集，后处理困难，吸附剂再生较难，很可能带来二次污染，而且吸附剂再生操作复杂，现有 的主要是经过高速离心和复杂的后处理步骤，如湿法催化氧化法再生、微波再生、点再生等， 操作非常不便。
广西师范大学所述论文“《吸附剂的氧化再生及其在印染废水中的应用》林香凤”第四页 明确指出湿法催化氧化法用于活性炭的再生，其是在高压反应釜中对吸附苯酚饱和的活性炭 进行多相湿法催化氧化，使活性炭获得再生，在210℃，氧分压为0.6MPa下反应1h的活性 炭再生效率仅为47%。其中还记载了多种再生方法，均比较复杂。
而磁性物质负载在过渡金属碳化物、过渡金属氮化物或过渡金属碳氮化物上制成磁性材 料还未有报道。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种磁性有机污染废水处理剂。
磁性有机污染废水处理剂，其通式为Fe3O4/Mn+1Xn,其是在Mn+1Xn上负载Fe3O4得到的复合物; 其中，所述Mn+1Xn中M为过渡金属元素，X为C、N或CN，n为1、2或3。
进一步地，优选所述Mn+1Xn与Fe3O4中Fe元素的质量比为1:0.7～2.5;更优选所述Mn+1Xn与Fe3O4中Fe元素的质量比为1:1.8～2.5;更优选所述Mn+1Xn与Fe3O4中Fe元素的质量比为 1:2.2。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供磁性有机污染废水处理剂的制备方法。
本发明磁性有机污染废水处理剂的制备方法，包括如下步骤：
a、将Mn+1AXn相物质加入氢氟酸水溶液中，使Mn+1AXn相物质中A完全溶解于氢氟酸水溶液 中，过滤得到黑色沉淀，分别用水和乙醇洗涤，真空干燥，得到Mn+1Xn;
其中，所述Mn+1AXn相物质中M为过渡金属元素，A是第三或第四主族元素，X是C、N或 CN，n为1、2或3;
b、取碱加入二乙二醇中，在氩气或氮气保护下于温度100～160℃下反应，反应时间为 0.5～2h，冷却得到溶液B，所述碱与二乙二醇的料液比为1:80～120g/mL，所述碱为NaOH或 KOH;
c、取Mn+1Xn加入二乙二醇中，超声波分散均匀，然后加入铁盐，在反应温度200～240℃ 下反应0.3～1h后加入溶液B继续反应1～3h，反应完毕，冷却，用磁铁将沉淀吸出，将沉 淀洗涤，真空干燥，得到磁性有机污染废水处理剂;
其中，Mn+1Xn与二乙二醇的料液比为0.1～0.3:200g/mL;Mn+1Xn与铁盐中Fe的质量比为1: 0.7～2.5;Mn+1Xn与溶液B的料液比为0.1～0.3:50g/mL;所述铁盐为FeCl3、Fe(NO3)3或 Fe2(SO4)3。
进一步地，优选步骤a中Mn+1AXn相物质为Ti2AlC、V2AlC、Nb2AlC、(Ti0.5,Nb0.5)2AlC、Ti3AlC2、 (V0.5,Cr0.5)3AlC2、Ti3AlCN、Ta4AlC3或Nb4AlC3。
进一步地，优选步骤a中Mn+1AX n相物质与氢氟酸水溶液的料液比为0.5～2.5:20～ 100g/mL;所述氢氟酸水溶液浓度为40～50wt%。
进一步地，优选步骤b中所述碱与二乙二醇的料液比为1:100g/mL;所述反应时间为1h。
进一步地，优选步骤c中反应温度为220℃;优选所述Mn+1Xn与二乙二醇的料液比为 0.1:200g/mL;优选所述Mn+1Xn与铁盐中Fe的质量比为1:1.8～2.5，更优选所述Mn+1Xn与铁盐 中Fe的质量比为1:2.2;所述Mn+1Xn与溶液B的料液比为0.1:50g/mL。
进一步地，优选步骤c中Mn+1Xn与铁盐的反应时间为0.5h;加入溶液B后继续反应时间为 1h。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供本发明磁性有机污染废水处理剂用于印染工艺 中印染废水的处理的用途。
本发明所要解决的第四个技术问题是提供亚甲基蓝染料废水吸附处理的方法。
亚甲基蓝染料废水吸附处理的方法，将本发明制得的磁性有机污染废水处理剂加入亚甲 基蓝染料废水溶液中，吸附即可。
进一步地，优选吸附时进行搅拌，更优选搅拌速度为300rpm;进一步地，优选亚甲基蓝 染料废水溶液的浓度为10～30mg/L。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种磁性有机污染废水处理剂，由于过渡金属碳化物、过渡金属氮化物 和过渡金属碳氮化物具有类石墨烯的二维层状结构，具有较大表面积，最终得到的磁性有机 污染废水处理剂是一种优良的处理剂。
2、本发明以Mn+1AXn相物质为原料(其中M是过渡金属，A是第三或第四主族元素，X是C、 N或CN，n为1、2或3)，采用氢氟酸常温刻蚀掉A组分。而过渡金属碳化物制备简便，原料 来源广，价格低廉，具有良好的应用前景。
3、所制备的磁性有机污染废水处理剂不仅保留了较大的比表面剂，具有较强吸附性能， 而且处理剂本身还具有磁性，在外加磁场作用下，即可将处理剂和吸附质溶液分离。操作简 便，避免了高速离心和复杂的后处理步骤。吸附质经过乙醇洗涤后即可从处理剂表面脱附， 操作简单，并且处理剂可以多次循环使用，克服了现有处理剂的再生困难问题。
4、经紫外分光光度计分析，本发明磁性有机污染废水处理剂单位吸附量为40～80mg/g。
