一种超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用与流程

一种超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用
1.技术领域
2.本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用。
3.

背景技术：

4.水体富营养化是造成水污染的主要因素之一。磷在生物体的生长中起着至关重要的作用，通常被认为是富营养化的主要限制性营养素。然而，过量的磷可能导致水中的藻类大量生长，从而减少水中的溶解氧，甚至导致鱼类和其他生物大量死亡。天然水体中磷的存在有几个特点，包括低浓度 (通常 《 0.1 mg/l) 、丰富的物种 (有机和无机) ，以及复杂的溶液化学 (例如温度、ph值、竞争物质、氧化还原条件)。废水中的磷主要以可溶活性 (正磷酸盐) 的形式存在。因此，污水除磷具有重要的现实意义。目前，最常用的除磷方法有化学沉淀法、生物法和吸附法。吸附除磷因其操作简单、成本低、成本低等优点而得到了广泛的应用。最近，一些研究报道，镧基吸附剂因其对废水和农业污水中磷的吸附而受到关注。镧是最丰富的稀土元素。它对磷酸盐离子有很强的亲和力（磷酸镧具有极低的溶解性产物如ksp 在298 k下为10
−
25
，表明是所有稀土磷酸盐配合物中最难溶解的化合物）。受ph值和氧化还原电位的影响较小，在较宽的ph范围内始终能保持较高的除磷效果。同时，镧基吸附剂动力学速度快，对低浓度磷酸盐具有良好的去除效果。但镧基吸附剂其在自然条件下的现场应用仍然存在挑战：相对较低的la负载 (
∼
5%) ，磷吸收低 (
∼
10 mg p/g) ，实际使用中的剂量要求较高，一定的毒性；水中的腐殖质，碳酸根离子、碳酸氢根离子等严重影响了镧的效率，不可避免地从材料中释放镧，导致其失去活性。因此，寻找合适的纳米多孔材料为活性la物种提供特定庇护，从而提高镧基吸附剂除磷的高效选择性以及抗干扰性能。近年来，层状双氢氧化物 (ldh) 及其煅烧衍生物层状双氧化物 (ldo) 作为水净化应用的有前景吸附剂得到了深入研究。近年来，层状双氢氧化物 (ldh) 及其煅烧衍生物层状双氧化物 (ldo) 作为水净化应用的有前景吸附剂得到了深入研究。ldh是类似水镁石的层，表示为[m
2+1-xm3+x
(oh2)
x+
[a
n-]
x/n
.mh2o ，其中m
2+
和m
3+
分别是二价和三价阳离子，x是m
3+
/m
3+
+m
2+
的摩尔比，一般为0.17~0.33，a
n-是插层阴离子。ldhs具有大表面积、灵活的层间区域，高阴离子交换容量 (aec) 、丰富的表面羟基和记忆效应，使其对多种阴离子具有优异的吸附能力。此外，与la基材料一样，ldhs也可以在磷酸盐吸附后通过碱性溶液再生。这些性质有利于ldhs 作为la的理想支撑材料。增强了对废水中磷的选择性吸收，抗干扰能力强，且具有极低的la浸出量。投加量低，满足市场需求。
[0005]


技术实现要素：

[0006]
解决的技术问题：本发明提供一种超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂及其制备方
法并用于增强选择性脱除和回收磷。该吸附剂是通过共沉淀法制备ldh向ldo转变，利用了ldo具有高的阴离子交换量、记忆效应、极低的la离子浸出量，不会造成二次污染。同时由于具有高的含la量，对废水中的磷具有极佳的选择性，高的抗干扰能力以及广泛的ph适应性。为镧基吸附剂除磷提供了新的方向。
[0007]
技术方案：一种超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂的制备方法，制备步骤为：（1）将mgcl2·
6h2o和lacl3·
7h2o添加到20 ml去离子水中，其中金属离子mg
2+
:la
3+
的摩尔比为（2-6）:1，总金属离子浓度为20 mmol，制得储备溶液a；（2）将naoh和na2co
3 添加到20 ml去离子水中，其中碱性离子oh-:co
32-的摩尔比为（2-4）:1，总碱性离子浓度为30 mmol，制得储备溶液b；（3）将上述两种储备溶液按体积比1:1比例同时滴加在甲酰胺溶液中，储备液总体积与甲酰胺体积比为（1-4）:1，并维持ph为8-12恒定；（4）将混合物置于298-353k水浴保持12-36 h，然后抽滤，用去离子水和乙醇分别清洗，并在空气中干燥至恒重，最后将其研磨成粉末，生成mgla-ldh；（5）获得的mgla-ldh在473-873k下煅烧2-5 h，生成mgla-ldo吸附剂。
[0008]
优选的，步骤（1）所述mg
2+
:la
3+
的摩尔比为2:1。
[0009]
优选的，步骤（2）所述n(oh-): n(co
32-)=2:1。
[0010]
优选的，步骤（3）所述摩尔比n(oh-+co
32-): n(mg
2+
+la
3+
)=1:1，搅拌时间为2 h。所述储备液总体积与甲酰胺体积比为1:1；所述ph为10，并维持恒定。
[0011]
优选的，步骤（4）所述水浴温度为338 k，水浴时间为18 h。所述去离子水和乙醇洗涤至中性。
[0012]
优选的，步骤（5）所述煅烧温度为773 k，煅烧时间为3 h。
[0013]
上述制备方法制得的超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂。
[0014]
上述超薄镁镧层状双金属氧化物吸附剂在制备除磷吸附剂中的应用。
[0015]
有益效果：1、本发明利用共沉淀法合成超薄镁镧双金属层状氧化物吸附剂(超薄mgla-ldo)，利用水滑石高的阴离子交换能力，la对磷酸盐的特异性亲和力，mgla-ldo中高的含la量，增强对废水中磷酸盐的去除效果。2、通过具有耐酸碱性的稀土元素la制备水滑石结构，有效解决了水滑石结构在除磷中较窄的ph适应性以及较高的金属阳离子浸出率，拓宽了ldh材料的适应领域。3、超薄镁镧双金属层状氧化物吸附剂(mgla-ldo)结构稳定，增强了选择性脱除和回收磷，抗干扰能力强，循环再生效果好，为之后除磷吸附剂的应用奠定了一定的基础。
[0016]
附图说明
[0017]
图1为初始ph对吸附容量的影响；图2为不同吸附剂的循环再生性能；图3为吸附剂种类对吸附容量的影响。
[0018]
具体实施方式
[0019]
以下通过结合具体实施例进一步对本发明进行详述，但本发明并不限于此。
[0020]
实施例1
（1）将预设量的13.3 mmol的mgcl2·
6h2o和6.7 mmol的lacl3·
7h2o添加到20 ml去离子水中，以制备一种储备溶液a。
[0021]
（2）向20 ml去离子水中添加13.3 mmol的naoh和6.7 mmol的na2co3，以制备另一种储备溶液b。
[0022]
（3）将上述两种储备溶液同时滴加在30 ml甲酰胺溶液中，并维持ph为10恒定，在300 rpm下搅拌混合，并搅拌2 h。
[0023]
（4）将混合物置于338 k的水浴中18 h。抽滤，用去离子水和乙醇洗涤至中性，并在353 k的空气中干燥12 h。最后，将其研磨成粉末，并通过100 目筛以生成称为mgla-ldh的样品。
[0024]
（5）获得的mgla-ldh样品在773 k下煅烧3 h，生成超薄mgla
2:1-ldo吸附剂。
[0025]
实施例2（1）将预设量的15 mmol的mgcl2·
6h2o和5 mmol的lacl3·
7h2o添加到20 ml去离子水中，以制备一种储备溶液a。
[0026]
（2）向20 ml去离子水中添加13.3 mmol的naoh和6.7 mmol的na2co3，以制备另一种储备溶液b。
[0027]
（3）将上述两种储备溶液同时滴加在30 ml甲酰胺溶液中，并维持ph为10恒定，在300 rpm下搅拌混合，并搅拌2 h。
[0028]
（4）将混合物置于338 k的水浴中18 h。抽滤，用去离子水和乙醇分别清洗三次，并在353 k的空气中干燥12 h。最后，将其研磨成粉末，并通过100 目筛以生成称为mgla-ldh的样品。
[0029]
（5）获得的mgla-ldh样品在773 k下煅烧3 h，生成超薄mgla
3:1-ldo吸附剂。
[0030]
实施例3（1）将预设量的16 mmol的mgcl2·
6h2o和4 mmol的lacl3·
7h2o添加到20 ml去离子水中，以制备一种储备溶液a。
[0031]
（2）向20 ml去离子水中添加13.3 mmol的naoh和6.7 mmol的na2co3，以制备另一种储备溶液b。
[0032]
（3）将上述两种储备溶液同时滴加在30 ml甲酰胺溶液中，并维持ph为10恒定，在300 rpm下搅拌混合，并搅拌2 h。
[0033]
（4）将混合物置于338 k的水浴中18 h。抽滤，用去离子水和乙醇分别清洗三次，并在353 k的空气中干燥12 h。最后，将其研磨成粉末，并通过100 目筛以生成称为mgla-ldh的样品。
[0034]
（5）获得的mgla-ldh样品在773 k下煅烧3 h，生成超薄mgla
4:1-ldo吸附剂。
[0035]
对比方案1按照实施例l中的方法制备mgla-ldh吸附材料，将mgla-ldh吸附材料按照0.1g/l的投加量，首先进行模拟磷废水实验，之后通过0.45μm滤膜，溶液进行磷含量紫外吸收测定，滤饼上的吸附剂经烘干，在naoh溶液中进行脱附实验。
[0036]
对比方案2按照实施例1中的方法制备mgla-ldo吸附材料，将mgla-ldo吸附材料按照0.1g/l
的投加量，首先进行模拟磷废水实验，之后通过0.45μm滤膜，溶液进行磷含量紫外吸收测定，滤饼上的吸附剂经烘干，在naoh溶液中进行脱附实验。
[0037]
图1、2分别是本发明实施例1-3制备的超薄mgla-ldo吸附除磷中ph适应性和循环再生性能图，自上而下依次为实施例1：mgla
2:1-ldo、实施例2：mgla
3:1-ldo和实施例3：mgla
4:1-ldo），通过图1、2对比发现，超薄mgla
3:1-ldo具有更好的ph适应性和更优的循环再生性能。图3是本发明对比方案1-2及本发明mgla-ldh、mgla-ldo及超薄mgla-ldo的吸附实验图，自左往右依次为对比方案1：mgla-ldh、对比方案2：mgla-ldo和本发明：超薄mgla-ldo，通过对比发现，超薄mgla-ldo比mgla-ldh和mgla-ldo具备更高的吸附量和去除率，吸附除磷性能更好。
[0038]
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。