一种水化硅酸钙基纳米吸附剂及其制备方法与应用

本发明涉及，尤其涉及一种水化硅酸钙基纳米吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、重金属污染具有高毒性、累积性、不可降解性等特点，随着采矿、电镀、电池、燃料、化工等行业的发展，排入环境中的重金属污染废水越来越多，严重影响了人类的生存与发展。镉离子、钴离子、铜离子、铬离子是重金属污染中常见的重金属离子，当镉离子的浓度超过安全浓度范围时，会引起摄入污染水的生物体极大损伤，导致骨质疏松、肾脏损伤、增强患癌症的几率等；钴离子摄入过多会导致人耳鸣及神经性耳聋，且会引起放射性食管炎和放射性肺炎，严重者缺氧，昏迷甚至死亡；当铜离子摄入量过多易引起铜中毒，导致肝炎、急性肾功能衰竭等并发症；人体摄入过量的铬也会对人体各系统造成损害，易得慢性的氧化性疾病，同时更容易发生肿瘤等异常增生的疾病。

2、处理重金属离子的方法有化学沉淀法、氧化还原法、溶剂萃取法和重金属吸附法。其中，传统的重金属吸附法具有操作便捷、费用低、处理高效的优点而广泛应用。它的原理是将废水中的重金属离子通过物理或化学的作用结合到吸附剂的吸附位点上，从而降低废水中的重金属离子含量，达到净水的目的。常见的重金属吸附剂的制作成本高、吸附容量低。纳米吸附剂由于比表面积较大、吸附效果较好得到了广泛关注，但纳米吸附剂制备成本高昂，且容易团聚不稳定，造成其长期存放后的吸附效果大打折扣。

3、因此，需要提供一种稳定性好、吸附能力强的纳米吸附剂用以去除水体中的重金属。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种水化硅酸钙基纳米吸附剂及其制备方法与应用，解决如何提高纳米吸附剂稳定性及吸附能力的问题。

2、为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种水化硅酸钙基纳米吸附剂，其为改性水化硅酸钙纳米颗粒及分散剂的复合物，所述改性水化硅酸钙纳米颗粒包括水化硅酸钙纳米颗粒以及掺杂于所述水化硅酸钙纳米颗粒的铁离子、镁离子及铝离子。

4、第二方面，本申请提供一种水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

5、s1.将铁盐溶液、镁盐溶液、铝盐溶液与水混合，得到混合液；将分散剂和水混合，得到底液；

6、s2.在所述底液中同时滴加所述混合液、钙盐溶液及硅酸盐溶液，搅拌反应，即得所述水化硅酸钙基纳米吸附剂。

7、优选的，所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种，所述镁盐包括氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或几种，所述铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或几种。

8、优选的，所述钙盐包括氯化钙、硝酸钙中的一种或几种。

9、优选的，所述硅酸盐为偏硅酸钠。

10、优选的，所述分散剂包括分子量为5000-100000g/mol的聚羧酸减水剂。分散剂与硅酸盐的摩尔比为0.001-0.1：1。

11、优选的，所述钙盐与硅酸盐的摩尔比为(0.5-3)：1。

12、优选的，所述铁盐、镁盐、铝盐的摩尔量与所述硅酸盐的摩尔量的比值为(0.01-0.5)：(0.01-0.5)：(0.01-0.5):1。

13、优选的，步骤s2中，反应的ph为10-13。

14、第三方面，本申请提供一种水化硅酸钙基纳米吸附剂在去除水体重金属中的应用。

15、本申请的有益效果如下：

16、本发明在水化硅酸钙结构中掺入铁离子、镁离子和铝离子，铁离子在以铁氧八面体配位的形式排布在水化硅酸钙硅链中，能够减少水化硅酸钙的结构缺陷；镁离子进入水化硅酸钙结构中，可以填补结构中钙离子缺陷；铝离子以铝氧四面体的形式可以填补硅链中的硅氧四面体空位。因此，这三种离子可以协同优化水化硅酸钙的纳微结构，进而提升了水化硅酸钙的结构稳定性。

17、本申请利用聚羧酸减水剂(pce)的梳形结构，其主链上的羧基用于络合阳离子，长侧链用于发挥空间位阻作用，具有良好的分散稳定效果；而在水化硅酸钙结构中掺入铁离子、镁离子和铝离子可以络合更多的pce，因此能够促进水化硅酸钙对pce的吸附，强化了分散剂的分散稳定效果，使得水化硅酸钙基纳米吸附剂的颗粒团聚现象得到抑制，避免了悬浮液在长期存放时产生沉淀，进而影响水化硅酸钙基纳米吸附剂的使用效果。

18、经过本申请结构改性后的水化硅酸钙基纳米吸附剂粒径减小，比表面积大大提高，其表面可以吸附重金属的吸附位点也明显增多，这显著提升了其对重金属离子的吸附效率和吸附容量。

技术特征：

1.一种水化硅酸钙基纳米吸附剂，其特征在于，其为改性水化硅酸钙纳米颗粒及分散剂的复合物，所述改性水化硅酸钙纳米颗粒包括水化硅酸钙纳米颗粒以及掺杂于所述水化硅酸钙纳米颗粒的铁离子、镁离子及铝离子。

2.一种如权利要求1所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种，所述镁盐包括氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或几种，所述铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钙盐包括氯化钙、硝酸钙中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐为偏硅酸钠。

6.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括分子量为5000-100000g/mol的聚羧酸减水剂。

7.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钙盐与硅酸盐的摩尔比为(0.5-3)：1。

8.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐、镁盐、铝盐的摩尔量与所述硅酸盐的摩尔量的比值为(0.01-0.5)：(0.01-0.5)：(0.01-0.5):1。

9.根据权利要求2所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，反应的ph为10-13。

10.一种如权利要求1所述的水化硅酸钙基纳米吸附剂在去除水体重金属中的应用。

技术总结
本发明公开一种水化硅酸钙基纳米吸附剂及其制备方法与应用，其为改性水化硅酸钙纳米颗粒及分散剂的复合物，改性水化硅酸钙纳米颗粒包括水化硅酸钙纳米颗粒以及掺杂于水化硅酸钙纳米颗粒的铁离子、镁离子及铝离子，经结构改性后的水化硅酸钙基纳米吸附剂粒径减小，比表面积大大提高，其表面可以吸附重金属的吸附位点也明显增多，提升了其对重金属离子的吸附效率和吸附容量。

技术研发人员：胡传林,朱宏伟,王发洲,廖诚,陈卓
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6