本发明属于天然沸石改性技术领域,具体涉及一种富na-p沸石吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术:
天然沸石是一类重要的环境矿物材料,因其丰富的储量、良好的性能和较大的环境应用潜力而备受关注,如今已在污水处理、土壤修复和空气净化得到应用。天然沸石的种类较多,其中天然斜发沸石最为常见,目前的研究和应用相对较为深入。然而,天然斜发沸石的硅铝比为4~6,属中硅沸石,且含有大量石英、长石、伊利石等杂质矿物,导致其离子交换性能和重金属离子去除功效相对不佳,从而使其大规模推广受阻。为此,研究者采用选矿提纯、酸碱改性、功能基团/纳米离子修饰等天然斜法沸石改性处理,但上述手段未改变斜发沸石的晶体结构类型,所得改性沸石中斜发沸石的性能和污染物处理功效有限。
na-p型沸石是一种具有低硅铝比和优异离子交换性能的沸石,其可用于水中多种离子如nh4+、zn2+、mn2+、cd2+、pb2+、cu2+、mn2+等的高效去除。近年来,部分研究者利用水热改性等方法对天然斜发沸石进行改性处理,发现天然斜发沸石中的沸石矿物可在水热条件转化为na-p型沸石的吸附剂((y.f.wang,journalofhazardousmaterials166(2009)1014–1019),所得材料具有优异的离子交换性能。然而,水热改性方法存在工艺设备复杂,成本高等缺陷,使其大规模推广应用受到极大限制。
技术实现要素:
为克服现有技术的不足,本发明目的在于提供一种制备工艺简单、成本低以及易于工业化生产的富na-p沸石吸附剂及其制备方法和应用,通过此方法将天然斜发沸石中的沸石矿物转化为na-p沸石,从而提升其在水中对重金属离子等污染物的处理功效。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种富na-p沸石吸附剂的制备方法,具体包括以下步骤;
步骤1:将天然斜发沸石和50ml、2~5mol/l的氢氧化钠溶液混合,搅拌均匀得到混合溶液;得到的混合溶液中天然斜发沸石的浓度为50~150g/l;
步骤2:将步骤1中得到的混合溶液于70~90℃条件下反应12~48h,后经抽滤、洗涤、干燥得到富na-p沸石吸附剂。
进一步地,所述步骤1中天然斜发沸石的sio2/al2o3比为4.2。
进一步地,所述步骤1中的搅拌采用160rpm的恒温振荡器进行振荡处理。
一种富na-p沸石吸附剂,该吸附剂中的sio2/al2o3比为2.5~3.4。
本发明提供上述富na-p沸石吸附剂在水中高效去除多种重金属离子的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明通过将天然斜发沸石与氢氧化钠溶液混合,在指定温度内反应一段时间得到富na-p沸石吸附剂,使得该制备工艺操作步骤少,操作简单易行,反应条件易于控制,生产成本低,易于工业化生产。
2)本发明制备得到的富na-p沸石吸附剂,主要含na-p沸石,不含斜发沸石相,sio2/al2o3比为2.5~3.4,结构中硅(铝)醇基基团含量相对较高。
3)本发明制备得到的富na-p沸石吸附剂对水中多种重金属离子如cd2+、cr3+、cu2+等具有优异的去除效果。
附图说明
图1是本发明实施例1中天然斜发沸石和3mol/l碱处理沸石的xrd图谱;
图2是本发明实施例1中天然斜发沸石和3mol/l碱处理沸石的ftir图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,但不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种富na-p沸石吸附剂的制备方法,具体包括以下制备过程,取50ml浓度为3mol/l氢氧化钠溶液置于氟化聚四氟乙烯瓶中,加入5g天然斜发沸石(sio2/al2o3为4.2),之后将其置于恒温振荡器中,在振荡速度为160rpm、80℃条件下反应48h;经抽滤、充分洗涤、干燥后得到富na-p沸石吸附剂。
由图1可以看出,本发明通过上述方法制备得到的富na-p沸石吸附剂,主要含na-p沸石,不含斜发沸石。
由图2可以看出,本发明通过上述方法制备得到的富na-p沸石吸附剂,sio2/al2o3比为2.9,结构中硅(铝)醇基基团含量相对较高。
取25mg上述制备得到的富na-p沸石吸附剂分别加入25ml浓度为50mg/l的cd2+和cu2+离子溶液中,在室温下混合搅拌2h。吸取一定量的上清液,经高速离心后,采用电感耦合等离子发射光谱测试溶液中离子的浓度。结果显示,吸附剂对cd2+、cu2+、cr3+的吸附容量分别为49.9mg/g、44.0mg/g、34.6mg/g,相较于天然斜发沸石分别提高9.8、14.9和16.6倍;经实验得出结论,富na-p沸石吸附剂对水中多种重金属离子如cd2+、cr3+、cu2+等具有优异的去除效果。
实施例2~15:制备方法同实施例1,各实施例的条件、样品的物相组成、sio2/al2o3比、样品对cd2+、cu2+和cr3+的吸附容量见表1。
表1为实施例2~15的配比及条件表
1.一种富na-p沸石吸附剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤;
步骤1:将天然斜发沸石和50ml、2~5mol/l的氢氧化钠溶液混合,搅拌均匀得到混合溶液;得到的混合溶液中天然斜发沸石浓度为50~150g/l;
步骤2:将步骤1中得到的混合溶液于70~90℃条件下反应12~48h,后经抽滤、洗涤、干燥得到富na-p沸石吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种富na-p沸石吸附剂的制备方法,其特征在于:所述步骤1中天然斜发沸石的sio2/al2o3比为4.2。
3.根据权利要求1所述的一种富na-p沸石吸附剂的制备方法,其特征在于:所述步骤1中的搅拌采用160rpm的恒温振荡器进行振荡处理。
4.一种根据权利要求1所述制备方法制得的富na-p沸石吸附剂,其特征在于:该吸附剂中的sio2/al2o3比为2.5~3.4。
5.根据权利要求4所述富na-p沸石吸附剂在水中高效去除多种重金属离子的应用。