阅读说明：本技术 一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备及应用 (Preparation and application of nano magnetic layered double hydroxide adsorbent ) 是由 杨潇剑 安蒙蒙 韩南南 刘朱鹏 叶玉东 陈泳坤 王金星 李雅倩 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备及应用。该磁性层状双羟基氢氧化物吸附材料是采用超声辅助共沉淀的方法来进行合成的。首先利用铁盐来制备纳米级磁性铁氧体,再将其与CaO、AlCl-(3)的混合液在超声下进行充分反应,从而制备出一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂,吸附剂层板特征明显,负载的磁性颗粒均匀地分布在表面,并且其对阴离子典型有机污染物酸性品红的去除率达到90%,在外加磁场作用下能够较为容易的从污水中分离开来。(The invention discloses a preparation method and application of a nano magnetic layered double hydroxide adsorbent. The magnetic layered double hydroxide adsorbing material is synthesized by adopting an ultrasonic-assisted coprecipitation method. Firstly, iron salt is used to prepare nano-scale magnetic ferrite, and then the nano-scale magnetic ferrite is mixed with CaO and AlCl 3 The mixed solution is fully reacted under the ultrasound, thereby preparing the nano magnetic layered double hydroxide adsorbent with the laminated characteristicObviously, the loaded magnetic particles are uniformly distributed on the surface, the removal rate of the loaded magnetic particles to the typical organic pollutant acid fuchsin of anions reaches 90%, and the loaded magnetic particles can be easily separated from sewage under the action of an external magnetic field.)

一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备及应用

技术领域

本发明涉及层状双羟基氢氧化物负磁吸附剂的制备和应用技术领域，确切地说是一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备及应用。

背景技术

当今社会生产过程中，随着时代的进步，产生的废水不断增加。其中纺织、印染以及造纸行业产生的废水中含有大量的阴离子染料。由于染料废水具有成分复杂、色度高、可生化性差、化学稳定性高等特征，使得去除染料废水中的有机污染物成为了一项世界性难题。染料废水常用的处理方法有絮凝沉淀法、化学氧化法、高级氧化法、生物法、吸附法等。这些处理方法，虽然各自都有独特的优势，但大部分因为成本高，操作复杂以及难以固液分离而限制了应用范围。而吸附法由于实验操作简单便捷，对水体中阴离子染料去除率高等优点，从而得到了广泛应用。

层状双羟基氢氧化物（LDH）由正电荷层及其层状间填充着带负电荷的阴离子组成。LDH材料的化学式主要为[M_1-x ²⁺M_x ³⁺(OH)₂]^x+A_x/n ^n- mH₂O，其中M²⁺指的是二价金属阳离子，例如Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺。M³⁺指的是三价金属阳离子，例如Al³⁺、Co³⁺、Fe³⁺。A^n-为在碱性溶液中可以稳定存在的负离子，主要位于层间，例如Cl^-、NO^3-、OH^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-等络合离子或者有机离子以及无机阴离子。x值的范围为0.20-0.33，代表的是金属离子M3+的摩尔分数，m为层间结构中水分子的数量。层状双羟基氢氧化物的构成和结构主要是由层间阴离子成分，层间阳离子成分及其电荷密度、M²⁺/M³⁺摩尔比率共同来决定的。基于LDH特殊的分层结构，它最主要的特性有：记忆效应，分层阳离子的可调控性，层间阴离子的可交换性及其碱性。q其中层间阴离子的可交换性是其主要特性。通过离子交换原理，将溶液中的各种阴离子引入到层间，从而使层间阴离子释放出来，可以获得相应的插层LDH类材料，从而达到去除水体中阴离子污染物的目的。

近些年来，部分研究关注了磁性吸附剂的开发和应用，即在吸附材料上负载磁性物质，使得吸附剂呈现相应磁性，从而将磁分离技术应用于吸附完成后饱和吸附剂在液相污染物中的分离回收，省去长时间的过滤或离心操作，具有处理分离速度快、效率高、设备操作简便、建造和维护成本低等优点。常用的磁性物质为Fe、Ni、Pd等金属单质、合金或化合物，其中磁性铁氧体是最为简单易得稳定的顺磁性材料。

CN113070038A中公开了一种用于环境水样中唑类杀菌剂去除的磁性纳米材料，首先需要将Fe₃O₄、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O按照一定比例加入水中，调节溶液pH，搅拌一段时间后，离心、将产物用甲醇或无水乙醇清洗、真空干燥后得到所述磁性双层氢氧化物。但对扫描电镜结果观察发现其形成的产物为核壳结构，层状双羟基氢氧化物为壳，磁性Fe₃O₄为产物核心，尺寸在1~2μm之间，未达到纳米级别，其对三唑酮和氟环唑的去除率也分别只有5%和70%左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备及应用，所制备的层状双羟基氢氧化物吸附剂层板特征明显，在其表面均匀负载的磁性颗粒达到纳米级别，其对有机染料品红的单位吸附量更大、吸附效率更高，并且能够在磁场的作用下较为容易的从污染水体中分离。

本发明为实现上述发明目的采用以下的技术方案。

1、纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的制备步骤如下：（1）准备材料。（2）取一定量的FeSO₄•7H₂O、Fe₂(SO₄)₃倒入三颈烧瓶中，再加入200 mL的去离子水。本发明使用的去离子水均要在使用前充分曝氮气以去除水中的溶解氧；（3）设置一定温度后，加入磁子在搅拌器中搅拌，加入氨水进行调pH，边加入，边搅拌边进行测量pH，调试pH结束后陈化，然后利用磁铁将固液进行分离，倾倒回收浓氨水，将固体颗粒反复用去离子水冲洗，至pH值呈中性；（4）冲洗过后将固体颗粒在烘箱中烘干，将烘干后的物质用玛瑙研钵研碎装袋备用。（5）然后将制备的磁性物质加入CaO和AlCl₃混合液中在超声辅助作用下制备磁性Ca/Al-LDH。

步骤（2）中所述加入的Fe²⁺和Fe³⁺物质的量之比为1:1，Fe²⁺和Fe³⁺的浓度在0.4mol/L~0.65mol/L之间。

步骤（2）中所述的去离子水曝氮气时间超过15min为宜。

步骤（3）中所述设置温度为45℃，加入磁子在搅拌器中搅拌15min，再加入沉淀剂氨水调pH大约为11。然后陈化。

步骤（3）中所述进行陈化时间为60 min，加去离子水洗涤后调至pH为7左右。

步骤（3）中所述的氨水浓度为25%~28%。

步骤（4）中所述烘箱温度需保持在50~70℃，烘干时间在5~8h。

2、纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂应用于品红染料废水的净化：取0.5g制备好的高纯度磁性层状双羟基氢氧化物吸附材料加入到50mL 100mg/L浓度的酸性品红溶液中，放入恒温水浴振荡器中连续振荡60min后吸附效果达到了最优，最后在磁场的作用下，处理之后的酸性品红溶液与固体颗粒较易分离。

本发明的有益效果在于：本方法制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂中的层状双羟基氢氧化物吸附剂层板特征明显，在其表面均匀负载的磁性颗粒达到纳米级别，其对有机染料品红的单位吸附量更大、吸附效率更高，并且能够在磁场的作用下较为容易的从污染水体中分离。

附图说明

图1为本发明制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的扫描电镜图像。

图2为本发明制备的层状双羟基氢氧化物吸附剂的扫描电镜图像。

图3为本发明制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂的SEM-EDS元素分布图像。

图4为本发明制备的层状双羟基氢氧化物吸附剂的SEM-EDS元素分布图像。

图5为本发明制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂在不同处理时间下对酸性品红吸附量的影响。

图6为本发明制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂在不同投加量下对酸性品红吸附量的影响。

图7为本发明制备的纳米磁性层状双羟基氢氧化物吸附剂在不同pH值下对酸性品红吸附量的影响。

具体实施方式

本发明是一种高纯度磁性层状双羟基氢氧化物吸附材料的制备与应用，该方法是：先用分析天平称量5.56 g硫酸亚铁和8.00g硫酸铁倒入三颈烧瓶中，再加入200 mL的去离子水，加入磁子在搅拌器中搅拌15 min，温度设置为45℃，再加入沉淀剂氨水调pH大约为11，然后陈化60 min后，再将制备的磁性物质倒入烧杯中用去离子水反复冲洗至中性，放入温度为60℃干燥箱中烘干，将烘干后的物质用玛瑙研钵研碎装袋备用。

磁性层状双羟基氢氧化物吸附材料是采用共沉淀的方法来进行合成的，合成过程如下：先用分析天平称量0.5604 g氧化钙（CaO）倒入锥形瓶中，加入50 mL去离子水在超声波中超声15 min后，然后依次分别加入0.8177 g三氯化铝（AlCl₃），0.3495 g新制备的磁性物质继续在超声波中超声120 min，在45℃恒温水浴的条件下陈化60 min后，再将上层清液倒掉，最后在60℃的干燥箱中干燥，干燥后的物质用玛瑙研钵研碎装袋备用。

对实施例所制备的磁性纳米材料进行相应的表征测试，具体如下。

（1）图1和图2表明所制备的层状双羟基氢氧化物吸附剂层板特征明显，负载的磁性颗粒均匀地分布在LDH的表面上，并达到纳米级别。

（2）图3和图4的SEM-EDS扫描结果表明经过负磁处理之后，Fe元素已被均匀的负载在LDH的表面上。

图5、图6和图7单因素实验结果表明在pH为5，投加量为0.5 g，时间为60 min的条件下，该磁性层状双羟基氢氧化物对酸性品红的吸附达到了最优，去除率达到了90%左右。

最后需要说明的是，上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。