基于核壳结构的染料废水吸附剂及其制备方法技术

公开了基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法，包括：(1)将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液，在200℃下加热4‑8h，冷却至室温；采用磁铁分离黑色固体，经去离子水和无水乙醇洗涤后得到磁性Fe3O4颗粒；(2)取NaOH和Na2CO3溶于甲醇/水溶液中，搅拌均匀得到碱液；取Mg(NO3)2和Al(NO3)3溶于甲醇/水溶液中，得到镁铝混合液；(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中，边搅拌边向混合液中加入所述镁铝混合液；同时向混合液中加入所述碱液，以使混合液的pH维持在10±0.5；(4)将步骤(3)所得混合液置于油浴中老化，用磁铁分离老化后溶液中的颗粒物，洗涤烘干后得到Fe3O4@MgAl‑LDH磁性纳米材料。本发明专利技术制得的Fe3O4@MgAl‑LDH磁性纳米材料的稳定性高、吸附量大、磁性强、机械强度高、壳厚度可调。

Dye wastewater adsorbent based on core shell structure and preparation method thereof

Discloses a method for preparing dye wastewater based on core-shell structure includes: (1) FeCl3 and Na2CO3 dissolved in ethylene glycol solution, heating 4 8h at 200 DEG C, cooled to room temperature; the magnetic separator black solid magnetic Fe3O4 particles obtained by deionized water and anhydrous ethanol (after washing; 2) NaOH and Na2CO3 dissolved in methanol / water solution, stirring evenly lye; Mg (NO3) 2 and Al (NO3) 3 dissolved in methanol / water solution, obtained mg Al mixed solution; (3) the magnetic Fe3O4 particles in methanol / water solution, stirring the mixture to in addition to the mg Al mixed liquid; at the same time added to the lye mixture, the mixture of pH maintained at 10 + 0.5; (4) the step (3) the mixed liquid in the oil bath aging, with particulate magnetic separation after aging in solution, washing and drying to obtain the Fe3O4@MgAl LDH magnetic Nanometer material\u3002 The stability of the prepared Fe3O4@MgAl LDH magnetic nano materials, high adsorption capacity, strong magnetism, high mechanical strength, shell thickness adjustable.

【技术实现步骤摘要】
基于核壳结构的染料废水吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及染料废水处理领域，尤其涉及基于核壳结构的染料废水吸附剂及其制备方法。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。近现代工业的快速发展，致使全球工业用水量迅速攀升。以纺织工业为首的工业用水需求量加大，而染料废水是纺织工业废水的主体。因此，染料废水的处理成为近现代研究的热点和重点。类水滑石(LayeredDoubleHydroxides，LDHs)是一种层间具有可交换阴离子的层状结构化合物。类水滑石作为一种多功能新型材料，在催化、吸附、生物工程等方面的应用前景广阔，人们已经对其进行了深入的研究。同时，四氧化三铁Fe3O4作为一种磁性纳米颗粒，具有磁性强、表面积大等优越性能，使其在颜料、废水处理、催化、磁流体、医药等方面得到了广泛的应用。由于磁性纳米四氧化三铁复合材料的磁效应，使其在物质分离方面具有无污染、效率高、易控制等优势。如何将类水滑石的优越性与磁性纳米四氧化三铁的良好性能结合起来并应用于废水处理，成为当今的热点课题之一。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法，包括：(1)将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液，在200℃下加热4-8h，冷却至室温；采用磁铁分离黑色固体，经去离子水和无水乙醇洗涤后得到磁性Fe3O4颗粒；(2)取NaOH和Na2CO3溶于甲醇/水溶液中，搅拌均匀得到碱液；取Mg(NO3)2和Al(NO3)3溶于甲醇/水溶液中，得到镁铝混合液；(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中，边搅拌边向混合液中加入所述镁铝混合液；同时向混合液中加入所述碱液，以使混合液的pH维持在10±0.5；(4)将步骤(3)所得混合液置于油浴中老化，用磁铁分离老化后溶液中的颗粒物，洗涤烘干后得到Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料。优选地，步骤(1)中FeCl3和Na2CO3摩尔比为1:5.5～6.5，将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液之后反应液中FeCl3的浓度为0.15mol/L。优选地，步骤(2)中Mg(NO3)2和Al(NO3)3的摩尔比为3:1～2:1。优选地，步骤(3)中磁性Fe3O4颗粒与Mg(NO3)2的摩尔比为22.5:2～35:2。优选地，步骤(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中之后进一步包括：对混合液进行超声处理，形成悬浮液。优选地，所述甲醇/水溶液中，甲醇与水的体积比为5:1。优选地，步骤(3)中的油浴温度为60℃，老化时间为24h。优选地，步骤(4)中烘干所述颗粒物之后进一步包括：在600-800℃下煅烧所述颗粒物0.5h。本专利技术还提供了采用上述方法制得的Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料。本专利技术将类水滑石的优越性与磁性Fe3O4颗粒的良好性能结合起来形成具有核壳结构的吸附剂，对染料废水中染料的吸附性能好，磁性强便于分离；采用FeCl3、Na2CO3和乙二醇制备磁性Fe3O4颗粒，所得磁性Fe3O4颗粒无须干燥便可直接用于制备核壳结构，步骤简单，效率高，能耗低。本专利技术制得的Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料的稳定性高、吸附量大、机械强度高、壳厚度可调。附图说明通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本专利技术的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：图1是示出本专利技术基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本专利技术及其应用或用法的限制。如图1所示，本专利技术基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法，包括：(1)将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液，在200℃下加热4-8h，冷却至室温；采用磁铁分离黑色固体，经去离子水和无水乙醇洗涤后得到磁性Fe3O4颗粒；(2)取NaOH和Na2CO3溶于甲醇/水溶液中，搅拌均匀得到碱液；取Mg(NO3)2和Al(NO3)3溶于甲醇/水溶液中，得到镁铝混合液；(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中，边搅拌边向混合液中加入所述镁铝混合液；同时向混合液中加入所述碱液，以使混合液的pH维持在10±0.5；(4)将步骤(3)所得混合液置于油浴中老化，用磁铁分离老化后溶液中的颗粒物，洗涤烘干后得到Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料。本专利技术以磁性Fe3O4颗粒为核，在磁性Fe3O4颗粒的表面生长Mg3Al-CO3类水滑石，能够将类水滑石的优越性与磁性Fe3O4颗粒的良好性能结合起来。制得Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料具有核壳结构，对染料废水中染料的吸附性能好，能够用作染料废水处理时的吸附剂。此外，本专利技术制得核壳结构的磁性强，便于分离。现有技术中也有采用FeCl3、醋酸钠NaAc和乙二醇溶液制备磁性Fe3O4颗粒，本专利技术的专利技术人发现，采用NaAc或其水合物制备磁性Fe3O4颗粒时，往往需要对分离后的黑色固体进行反复洗涤并干燥处理；若将其直接应用于制备核壳结构，难以在磁性Fe3O4颗粒的表面生长Mg3Al-CO3类水滑石，甚至无法生长Mg3Al-CO3类水滑石。本专利技术采用FeCl3、Na2CO3和乙二醇制备磁性Fe3O4颗粒，所得磁性Fe3O4颗粒无须干燥便可直接用于制备核壳结构，步骤简单，效率高，能耗低。步骤(1)中FeCl3和Na2CO3的摩尔比对制得磁性Fe3O4颗粒的粒度和均匀性具有一定影响。为了使制得的磁性Fe3O4颗粒更均匀，在一些实施例中，步骤(1)中FeCl3和Na2CO3摩尔比为1:5.5～6.5。FeCl3的浓度越高，核数量越多；若FeCl3的浓度过低，生成核壳结构的核数量较少，所得核壳结构吸附剂的产率低；若核数量过多，则不同的核之间容易团聚，导致核壳结构的尺寸不均匀，并且减少核壳结构的有效吸附面积，降低所得吸附剂的吸附量。在一些优选实施例中，将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液之后反应液中FeCl3的浓度为0.15mol/L。Mg(NO3)2和Al(NO3)3的摩尔比对生成的类水滑石的构型具有影响。在类水滑石构型中，镁和铝分别以Mg2+和Al3+的形式存在，Mg2+和Al3+位于主层板上，二价金属离子Mg2+可以在一定的比例范围内被离子半径相近的三价金属阳离子Al3+取代，使得主层板带部分正电荷，Mg2+/Al3+的比例越大，层板电荷密度越低。本专利技术的专利技术人在长期研究后惊讶地发现，Mg2+/Al3+的比例不仅影响主层板的电荷密度，还会进一步影响以此为原料制备的核壳结构的稳定性和吸附量。一方面，层板电荷密度越低，磁性Fe3O4颗粒表面与类水滑石的作用力越弱，制得Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料的稳定性越差，反复使用8次以后，其对染料的吸附量开始下降，因此，Mg2+/Al3+的比例越大越好；另一方面，层板电荷密度不宜太低，否则虽然能够增加磁性Fe3O4颗粒表面与类水滑石的作用力，但是制得Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料对染料的吸附量降低，因此Mg2+/Al3+的比例不宜过大。在本专利技术的优选实施例中，为了兼顾Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料的稳定性和吸附功能，步骤(2)中Mg(NO3)2和Al(NO3)3本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法，其特征在于包括：(1)将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液，在200℃下加热4‑8h，冷却至室温；采用磁铁分离黑色固体，经去离子水和无水乙醇洗涤后得到磁性Fe3O4颗粒；(2)取NaOH和Na2CO3溶于甲醇/水溶液中，搅拌均匀得到碱液；取Mg(NO3)2和Al(NO3)3溶于甲醇/水溶液中，得到镁铝混合液；(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中，边搅拌边向混合液中加入所述镁铝混合液；同时向混合液中加入所述碱液，以使混合液的pH维持在10±0.5；(4)将步骤(3)所得混合液置于油浴中老化，用磁铁分离老化后溶液中的颗粒物，洗涤烘干后得到Fe3O4@MgAl‑LDH磁性纳米材料。

【技术特征摘要】
1.基于核壳结构的染料废水吸附剂的制备方法，其特征在于包括：(1)将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液，在200℃下加热4-8h，冷却至室温；采用磁铁分离黑色固体，经去离子水和无水乙醇洗涤后得到磁性Fe3O4颗粒；(2)取NaOH和Na2CO3溶于甲醇/水溶液中，搅拌均匀得到碱液；取Mg(NO3)2和Al(NO3)3溶于甲醇/水溶液中，得到镁铝混合液；(3)将磁性Fe3O4颗粒置于甲醇/水溶液中，边搅拌边向混合液中加入所述镁铝混合液；同时向混合液中加入所述碱液，以使混合液的pH维持在10±0.5；(4)将步骤(3)所得混合液置于油浴中老化，用磁铁分离老化后溶液中的颗粒物，洗涤烘干后得到Fe3O4@MgAl-LDH磁性纳米材料。2.如权利要求1所述的染料废水吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中FeCl3和Na2CO3摩尔比为1:5.5～6.5，将FeCl3和Na2CO3溶于乙二醇溶液之后反应液中FeCl3的浓度为0.15mol/L。3.如权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张国宇，王艳芳，任丹，
申请(专利权)人：南京金泽爱控环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32