本发明涉及吸附剂制备技术领域，具体地，涉及一种吸附剂及其制备方法。
背景技术：
伴随着工业化的发展和城市化进程的加快，人类活动向区域排放的各类污染物，大大增加了区域环境质量负荷，对生存和生态环境造成影响，其中最显著的影响是以重金属为主的有害物质的排放。汞(hg)、铬(cr)、镉(cd)、铅(pb)、铜(cu)等重金属离子含量超标的废水通过水体、土壤、食物链等进入生物体内并不断富集，给人类健康和社会发展造成严重危害。2015年，我国正式颁布并启动《水污染防治行动计划》，标志着我国对水污染问题的整治进入战略性阶段。如何降低和消除重金属离子污染并有效回收重金属资源是当今社会面临的重要问题。
现在去除重金属离子的主要方法包括化学沉淀法、电解法、反渗透法、离子交换法、膜分离法等。然而，这些方法均存在不足之处，如化学沉淀法和电解法不适用于处理低浓度重金属离子废水，难以将重金属离子浓度控制在废水排放标准以内，且处理过程中还会产生大量污泥造成其他污染；且电解法耗电量大，处理废水成本高；离子交换法和膜分离法处理效果较好，但受水中杂质、处理环境等因素的影响较大，且后期维护成本较高。而吸附法因具有所需原料来源广泛、吸附量大、选择性高、再生处理方便等优势，逐渐在重金属离子去除/回收应用领域得到关注。同时通过调查发现，现在的吸附剂大多为液体或粉状且吸附效果单一即只能对单一重金属废水进行吸附。但是经过调查发现，现在大多呈现多种重金属掺杂的情况。同时还发现液体或粉状的处理剂大多需要进一步的后处理，这即耗费了多余的人力、物力也进一步增加了成本。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种吸附剂及其制备方法，以去除污染物中的重金属离子。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种吸附剂的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：将按质量份计的40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂和1～6份引气剂混合，得到原料混合物；将按质量份计的10～20份的水与所述原料混合物混合后造粒，得到吸附前驱体；将所述吸附前驱体与转晶剂溶液混合并加热，反应结束后过滤、洗涤、干燥，得到所述吸附剂，转晶剂包括氯化镁和乙酸镁中的任意一种，所述转晶剂溶液的浓度为0.05～0.2mol/l，所述吸附前驱体在所述吸附前驱体与转晶剂溶液的混合溶液中的质量占比为20～40％。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述掺合料可包括活性二氧化硅和活性氧化铝中的至少一种，所述磷酸盐包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述缓凝剂可包括三聚磷酸钠、硼酸和硼砂中的至少一种。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述引气剂可包括锌粉、铝粉、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述制备方法还可包括干燥后过筛，过筛要求为8～200目。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述制备方法还可包括造粒后自然养护6～12h。
在本发明的吸附剂的制备方法的一个示例性实施例中，所述加热可包括：
在温度为80～120℃的反应釜中加热5～24h，或在120～180℃的微波反应炉中加热10～30min。
本发明另一方面提供了一种吸附剂。所述吸附剂可包括质量比为1～2：2～3：1～2的六水磷酸盐、氢氧化镁以及水化硅酸镁，所述六水磷酸盐可包括六水磷酸钾镁和六水磷酸铵镁中的至少一种。
在本发明的吸附剂的一个示例性实施例中，所述吸附剂能够吸附重金属和核素，所述重金属包括镉、铬、铜、锌和铅，所述核素包括锶和铯。
在本发明的吸附剂的一个示例性实施例中，所述吸附剂的制备原料包括按照质量份计的如下成分：
40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂和1～6份引气剂。
在本发明的吸附剂的一个示例性实施例中，所述掺合料可包括活性二氧化硅和活性氧化铝中的至少一种，所述磷酸盐包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种。
在本发明的吸附剂的一个示例性实施例中，所述缓凝剂包括三聚磷酸钠、硼酸和硼砂中的至少一种。
在本发明的吸附剂的一个示例性实施例中，所述引气剂包括锌粉、铝粉、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：本发明的吸附剂为拥有一定强度的固体吸附剂，使用不需要进一步的后处理，并能够吸附大多数重金属离子，且吸附效果好、亲水性好、吸附速度快；本发明的制备方法工艺简便、成本较低、设备要求较低。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的吸附剂及其制备方法。
本发明一方面提供了一种吸附剂的制备方法。
在本发明的一个示例性实施例中，所述制备方法可以包括以下步骤：
s01：将按质量份计的40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂和1～6份引气剂混合，得到原料混合物。步骤s01形成了六水磷酸钾镁或六水磷酸铵镁等生成物，同时还残余部分氧化镁。
在本实施例中，所述氧化镁可以包括重烧氧化镁和/或轻烧氧化镁；所述磷酸盐可以包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种；所述掺合料可以包括活性二氧化硅和/或活性氧化铝；所述缓凝剂可以包括三聚磷酸钠、硼酸和硼砂中的至少一种；所述引气剂可以包括锌粉、铝粉、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。
s02：将按质量份计的10～20份的水与所述原料混合物混合后造粒，得到吸附前驱体。
s03：将所述吸附前驱体与转晶剂溶液混合并加热，反应结束后过滤、洗涤、干燥，得到所述吸附剂，所述转晶剂包括氯化镁和乙酸镁中的任意一种，所述转晶剂溶液可以由转晶剂与去离子水配制而成，所述转晶剂溶液的浓度为0.05～0.2mol/l，所述吸附前驱体在混合溶液中的质量占比为20～40％。步骤s03能够将剩余的氧化镁和二氧化硅等物质转化为对重金属离子或核素具有吸附能力的氢氧化镁和/或镁硅酸盐矿物。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述制备方法可以包括以下步骤：
(1)按照质量份计的40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂和1～6份引气剂称取原料并混合均匀。
(2)把步骤(1)中混合均匀的原料加入造粒机中，先干混20～40s使其均匀，在边加水边搅拌的情况下搅拌90～240s，水的加入量为10～20质量份，然后自然养护6～12h，使吸附剂颗粒达到一定的强度，得到吸附前驱体。
在本实施例中，造粒后可以选择的是通过过筛对颗粒大小进行分选，过筛的要求可以为8～200目。
(3)把步骤(2)中所得产物放入浓度为0.05～0.2m转晶剂溶液的反应釜中，所述吸附前驱体在混合溶液中的质量占比为20～40％，反应釜的温度设置为80～120℃，时间为5～24h或把步骤(2)中所得产物放入浓度为0.05～0.2m转晶剂的微波反应炉中，微波反应炉的温度设置为120～180℃，时间为10～30min。
(4)将步骤(3)中所得产物经过去离子水过滤、洗涤，以去除残余的磷酸盐，然后干燥，根据过筛要求为8～200目过筛后即得本吸附剂。
本发明另一方面提供了一种吸附剂。
在本发明的再一个示例性实施例中，所述吸附剂可以包括质量比为1～2：2～3：1～2的六水磷酸盐、氢氧化镁以及水化硅酸镁，所述六水磷酸盐可以包括，六水磷酸钾镁和六水磷酸铵镁中的至少一种，除此之外，所述吸附剂还可包括未反应的氧化镁和二氧化硅，六水磷酸钾镁、六水磷酸铵镁、氢氧化镁以及水化硅酸镁对重金属离子和核素都具有吸附能力。
具体地，所述吸附剂的制备原料可以包括按照质量份计的如下成分：
40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂和1～6份引气剂。
另外，所述吸附剂可以由按照质量份计的40～60份氧化镁、25～35份磷酸盐、10～20份掺合料、4～6份缓凝剂、1～6份引气剂制备得到。
在本实施例中，所述氧化镁可以包括重烧氧化镁和/或轻烧氧化镁；所述磷酸盐可以包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵和磷酸铵中的至少一种；所述掺合料可以包括活性二氧化硅和/或活性氧化铝；所述缓凝剂可以包括三聚磷酸钠、硼酸和硼砂中的至少一种；所述引气剂可以包括锌粉、铝粉、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少一种。
在本实施例中，采用此配比主要目的为在初期可有利于形成具有较高强度的多孔吸附材料，同时也有利于后续在转晶剂的作用下，不具有吸附能力的氧化镁和二氧化硅转化为具有吸附能力的氢氧化镁和水化硅酸镁，进一步提高吸附剂的吸附性能。其中，当其中至少一种制备原料超过上述范围将不利于强度的实现和吸附材料的转化。
在本实施例中，本吸附剂能够实现物理和化学吸附同时作用，其中，物理吸附主要是利用本吸附剂疏松多孔的结构，具有很大的表面积,从而实现对重金属或放射性核素吸附；而化学吸附则是利用吸附剂中的矿物与重金属离子或核素产生化学反应，形成化学性质稳定的难溶化合物，从而将其固定在吸附剂中，防止其扩散而造成的环境污染。
在本实施例中，所述吸附剂能够用于吸附重金属和核素，所述重金属可以包括镉、铬、铜、锌和铅，所述核素可以包括锶和铯。
本示例性实施例中所述的吸附剂可以由上两个示例性实施例中所述的任意一种制备方法制备得到。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比2：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含铜废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为43.406mg/g，吸附率43.406％。
示例2
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含铅废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为79.053mg/g，吸附率79.053％。
示例3
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比2：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含铅废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为72.193mg/g，吸附率72.193％。
示例4
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比3：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含铅废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为80.36mg/g，吸附率80.36％。
示例5
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含铬废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为51.912mg/g，吸附率51.912％。
示例6
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.2g加入到200ml含100mg/l、ph7.1的含镉废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为61.598mg/g，吸附率61.598％。
示例7
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铜废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为69.031mg/g，吸附率69.031％。
示例8
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铅废液，在20℃下搅拌48h，测得吸附剂的吸附量为93.654mg/g，吸附率93.654％。
示例9
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铬废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为56.026mg/g，吸附率56.026％。
示例10
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含镉废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为70.124mg/g，吸附率70.124％。
示例11
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含20mg/l、ph7.1的含锶废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为28.2mg/g，吸附率28.2％。
示例12
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含20mg/l、ph7.1的含铯废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为28.2mg/g，吸附率28.2％。
示例13
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含锶废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为96.301mg/g，吸附率96.301％。
示例14
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铜废液，在20℃下搅拌24h，测得吸附剂的吸附量为20.007mg/g，吸附率20.007％。
示例15
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铅废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为97.728mg/g，吸附率97.728％。
示例16
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铬废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为60.609mg/g，吸附率60.609％。
示例17
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含镉废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为49.216mg/g，吸附率49.216％。
示例18
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含铯废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为49.216mg/g，吸附率78.46％。
示例19
取氧化镁和磷酸二氢钾按质量比1：1，掺合料占20％，缓凝剂的量为5％，引气剂的量为3％，称量好后混匀放入造粒机中，先干混30s使其均匀，并以喷洒的方式放入占原料总量的15％的水，然后在造粒机中转动3min，接下来在自然条件下养护6h。通过8～200目的筛后得到初级吸附剂。然后以0.1m的转晶剂放入180℃的微波反应炉中加热30min，然后过滤、水洗、干燥，得到吸附剂。
将制备的吸附剂0.5g加入到500ml含100mg/l、ph7.1的含锶废液，在20℃下搅拌72h，测得吸附剂的吸附量为49.216mg/g，吸附率98.62％。
综上所述，本发明的吸附剂及其制备方法的优点可包括：本发明制得的吸附剂对重金属元素(镉、铬、铜、锌和铅)和核素(锶和铯)有着较为优良的吸附作用。由于本吸附剂不仅生成了对吸附重金属和核素有益的鸟粪石、水镁石等物质，同时通过引气剂的作用生成大量介孔大大提高了比表面积，使本吸附剂实现了物理和化学吸附同时作用于重金属、核素，极大的提高了吸附效果。同时由于本吸附剂具有较高的强度，所以本吸附剂在吸附后处理中也拥有极大的优势，尤其便于对放射性核素的处理及固化。除此之外，该吸附剂原材料来源广泛、制备工艺简单、生产成本较低，具有很大的市场应用前景。本吸附剂对铅离子和锶离子的吸附率能达到98％以上，同时对于镉、铬、铜、锌也可达到50％左右的吸附效率，对于污染水体的治理具有较好的应用价值。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。