申请日2014.02.27
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号B01J20/08; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种锰铁型水滑石焙烧物的制备方法及其用于砷污染废水吸附的用途。本发明提出的合成锰铁型水滑石焙烧物的方法，是以氯化锰和氯化亚铁为原料，经过共沉淀、晶化、离心、过滤、洗涤、干燥、研磨、焙烧等步骤得到所需产物。用该锰铁型水滑石焙烧物吸附处理含砷废水，吸附容量达到6.8mg/g，表现出了优良的吸附性能。同时，能够在短时间2小时内达到饱和吸附量的95%，大大降低了砷废水处理的时间成本。吸附后的材料可以通过离心的方法与水体进行分离、回收，减小了二次污染。
权利要求书
1.一种锰铁型水滑石焙烧物的制备方法，其特征在于所制备的方法按照下列步骤进行：
(1)0.2～0.3mol的MgCl2·4H2O和0.07～0.08mol的FeCl2·4H2O溶解在250mL的2%的盐酸中，控制 MgCl2·4H2O和FeCl2·4H2O的摩尔比为2.5～3∶1。
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入氢氧化钠和碳酸钠混合溶液(摩尔比2～2.5∶1)，控制整个溶液 pH值在8～10之间。
(3)待步骤(2)滴加完毕，向混合溶液中小心地加入3～5mL双氧水。混合溶液在60～80℃下搅拌36～ 48h。
(4)将步骤(3)反应液离心、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到锰铁型水滑石(Mn-Fe LDH)。
(5)将步骤(4)得到的产物Mn-Fe LDH在300～350℃的马弗炉中煅烧2～3h，得到焙烧态的产品Mn-Fe LDO。
2.如权利要求1所述的锰铁型水滑石焙烧物的制备方法，其特征在于：步骤(2)中用氢氧化钠和碳酸钠 控制pH值在8～10之间。
3.如权利要求1所述的锰铁型水滑石焙烧物的制备方法，其特征在于：步骤(3)中用3～5mL双氧水进 行氧化。
4.如权利要求1所述的锰铁型水滑石焙烧物的制备方法，其特征在于：步骤(5)中Mn-Fe LDH煅烧温 度为300～350℃，煅烧时间为2～3h。
说明书
一种锰铁型水滑石焙烧物的制备及其在砷污染废水吸附中的应用
(一)技术领域
本发明涉及一种锰铁型水滑石焙烧物的制备及其在砷污染废水吸附中的应用。
(二)背景技术
砷是一种剧毒元素，含砷化合物一旦进入体内，不管是通过食物还是呼吸道或皮肤等其他方式，会严 重干扰人体细胞新陈代谢、酶活性，扰乱甚至损坏神经系统和消化系统，会直接影响人的正常生活，甚至 给人体带来严重的疾病。研究调查发现，当水中砷浓度达到0.6～2.0mg/L时，人体长期饮用该污染水质， 会导致各种官能疾病，如皮肤角化、沉着色素、支气管疾病等，更有可能诱发肺癌和皮肤癌。
目前，砷污染废水的控制方法主要有生物法(生物转化法除、植物修复法)、物理法(吸附法、过滤 法和离子交换法)、化学法(盐类沉淀法、硫化物沉淀法和混凝法)。虽这些方法也能获得较满意的效果， 但生物法作用周期较长，不适用于污染水面积较大的水域或突发环境事件的应急治理;大多数物理法作用 时间太长，且同样也存在着处理费用高的问题：化学法虽然简便易行，但该方法易形成含砷废渣，造成二 次污染。为了改善水质，防止砷污染水质，危害人体健康，必须要对污染水体除砷剂和除砷技术进行创新 和探索。
水滑石(Layered Double Hydroxides，简称LDH)，具有层状结构的双金属氢氧化物，LDH的表达通 式是[M2+1-xM3+x(OH)6]x+[(An-)x/n·mH2O]x-，x是M3+和M2++M3+的摩尔比，值大概在0.20到0.33之间，M2+和M3+分别是二价(Ca，Mg，Co，Fe，Cu，Ni，Mn)和三价(Al，Fe，Cr)金属阳离子，A是填充在夹层间 的带化合价为n的阴离子。正是因为LDH的特殊的层状结构，使其具有巨大的表面能和良好的阴阳离子交 换性能，该材料己在离子交换吸附有害阴离子方面得到了广泛的应用，在工业催化、生物制药、纳米复合 材料以及环境治理等方面的报道也日益增多。焙烧态的LDH(Layered Double Oxides，简称LDO)能够获 取水溶液中的水分子和阴离子来恢复重建LDH的晶体结构，所以吸附能力和对污染物的吸附稳定性比 LDH更高。LDO在水环境污染治理中表现了良好的应用前景。
(三)发明内容
为克服现在技术中其他砷污水处理技术成本高，周期长，存在二次污染等不足，本发明提供了一种锰 铁型水滑石焙烧物的制备方法，及其用于吸附处理砷污染废水中。
锰铁型水滑石的通式是[Mn2+1-xFe3+x(OH)6]x+[(An-)x/n·mH2O]x-，x为Mn：Fe的摩尔比，通常在2.5～3， m为带结晶水数目。在该锰铁型水滑石中，x最佳为3。Mn-Fe LDH在一定温度下焙烧得到LDO，有着比 LDH更优良的对水体中阴离子的吸附性能，适合于污水中砷的吸附。
锰铁型水滑石焙烧物的制备步骤如下：
(1)0.2～0.3mol的MgCl2·4H2O和0.07～0.08mol的FeCl2.4H2O溶解在250mL的2%的盐酸中，控 制MgCl2·4H2O和FeCl2.4H2O的摩尔比为2.5～3∶1。
(2)向步骤(1)得到的混合溶液中加入氢氧化钠和碳酸钠(摩尔比2∶1)混合溶液，控制整个溶液 pH值在8～10之间。
(3)待步骤(2)滴加完毕，向混合溶液中小心地加入3～5mL双氧水。混合溶液在60～80℃下搅拌 36～48h。
(4)将步骤(3)反应液离心、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到锰铁型水滑石(Mn-Fe LDH)。
(5)将步骤(4)得到的产物Mn-Fe LDH在300～350℃的马弗炉中煅烧2～3h，得到焙烧态的产品 Mn-Fe LDO。
向含砷废水中加入适量的Mn-Fe LDO，振荡搅拌一段时间后，离心分离，取上清液测量溶液中砷的浓 度。
砷的浓度采用原子荧光分光光度计测定。
Mn-Fe LDO对废水中砷的吸附率的计算公式如下：
R(%)=(C0-Ct)/C0×100
其中R为吸附率，C0为废水中砷的初始浓度，Ct为取样时候的浓度，单位为mg/L。
用Mn-Fe LDO处理含砷废水，吸附容量达到6.8mg/g，表现出了优良的吸附性能。同时，能够在短时 间内2h内达到饱和吸附容量的90%达到吸附平衡，大大降低了处理的时间成本。吸附pH值在5-9之间最 佳，使得吸附后溶液的酸碱性适中。吸附后的Mn-Fe LDO可以通过离心分离的方法与水体进行分离、回 收，有利于环境保护。
本发明的优点是对废水中砷的吸附效果好，同时工艺流程简单，废水处理费用低，且吸附后材料容易 回收，不造成二次污染。
