一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用。该制备方法包括提纯海泡石的酸处理和酸处理的海泡石二氧化锰改性，即先通过酸对海泡石进行处理，然后采用高锰酸钾和浓盐酸进行液相氧化还原产生二氧化锰，对酸处理后海泡石采用二氧化锰适量的负载。本发明专利技术过程简单，所得吸附剂有效地结合了二氧化锰和固体吸附剂的优点，显著提高了吸附剂的吸附性能，吸附效果好，特别适用于重金属离子的去除，而且相比其他固体吸附剂，价格更便宜，明显降低了生产成本，更加有利于规模化和工业化发展。

Preparation and Application of a Manganese Dioxide Modified Sepiolite Adsorbent

The invention discloses a preparation method and application of sepiolite adsorbent modified by manganese dioxide. The preparation method includes acid treatment of purified sepiolite and manganese dioxide modification of acid-treated sepiolite, i.e., acid treatment of sepiolite, liquid phase oxidation and reduction of potassium permanganate and concentrated hydrochloric acid to produce manganese dioxide, and proper loading of manganese dioxide on acid-treated sepiolite. The adsorbent has the advantages of simple process, effective combination of manganese dioxide and solid adsorbent, remarkably improving the adsorptive performance of the adsorbent, good adsorptive effect, especially suitable for the removal of heavy metal ions. Compared with other solid adsorbents, the adsorbent is cheaper in price, obviously reducing the production cost and is more advantageous. In the development of scale and industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用
本专利技术属于吸附剂制备领域，具体涉及一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用。
技术介绍
随着重金属离子排放引发水体污染带来的生态环境问题日益严峻，Cd2+如何去除受到越来越多人的关注。在Cd2+的排放源中，主要来自机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼和某些化工企业的排放。工业上Cd2+的去除方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法和生物法等。其中，吸附法由于其操作简单、成本低廉、二次污染小和吸附剂可重复利用特点是目前研究较多和应用较为广泛的方法。吸附剂中天然矿石分布广、低廉易得，是环境修复中前景可观的吸附材料。海泡石是一种纤维状富镁硅酸盐天然粘土矿，其理想晶体单元分子式为Mg8(Si12O30)(OH)4·12H2O，它具有由镁氧八面体和硅氧四面体交替排列形成的层链状结构的结构单元，这种结构组成的纤维内拥有与纤维方向一致的孔道，孔道大小为0.38nm×0.94nm，孔道中充满了水分子(孔道水)；在纤维的外表面，这些孔道形成通道，沿着纤维边缘，每便分布着一个硅烷(Si-OH)基团；在纤维端点也有向外部伸出的OH基团，它们与镁氧八面体中的氧原子相连。这种结构使得海泡石具有统一的孔径、较高的比表面积、优良的离子交换能力。二氧化锰作为具有吸附能力的过渡金属氧化物，比表面积大、表面吸附位点多，其表面带有负电荷，孔隙率高、粒径小、吸附活性高，对重金属有强烈的吸附和富集作用。选用便宜且性质优良的固体吸附剂并将二氧化锰负载，是降低Cd2+吸附剂成本，增加工业应用可能性的重要措施。这些性能使得海泡石成为二氧化锰负载固体吸附剂的选择。目前，国内外研究人员开展了利用二氧化锰负载矿石吸附重金属和染料等方面的研究。E.Eren等(DesalinationandWaterTreatment2010,20,114–122)人利用二氯化锰与氢氧化钠在碱性条件下生成的二氧化锰改性海泡石，应用于吸附水溶液中的Cu2+，在适宜的条件下最大吸附量由未改性的5.55mg/g增加到改性的6.70mg/g。RunpingHan等人(JournalofHazardousMaterials2006,137,934-942.)利用高锰酸钾与浓盐酸反应产生的二氧化锰包裹石英沙填充在吸附柱中去除水溶液中的Cu2+和Pb2+,在最佳的吸附条件下对Pb2+的吸附量达到0.365mmol/g，对Cu2+的吸附量达到0.125mmol/g。AhmetSarl等(MicroporousandMesoporousMaterials2013,170,155–163.)人使用氯化锰和氢氧化钠反应生成的二氧化锰改性蛭石吸附Ag+，吸附量由原来未改性的46.2mg/g增加到改性后的69.2mg/g。上述研究中，E.Eren对海泡石进行MnO2改性前后，吸附性能并未得到很好的提升。虽然RunpingHan和AhmetSarl将材料进行MnO2改性后，重金属离子吸附量有所提高，但是提高幅度并不大，因为在碱性制备条件下生成的MnO2中掺杂着大量Mn(OH)2，会影响吸附效果。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及在水溶液中吸附金属离子的应用。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：将经酸处理的海泡石加入至高锰酸盐溶液中，获得混合液，加热，向混合液中滴加H+浓度≥6mol/L的酸溶液A，滴加完后继续反应，固液分离，所得固体即为二氧化锰改性海泡石吸附剂。优选的方案，所述高锰酸盐溶液与酸处理的海泡石的液固体积质量比为10-30:1(ml：g)。优选的方案，所述高锰酸盐为高锰酸钾。优选的方案，混合液中，酸处理的海泡石与锰元素的质量比为：1.5～8：1。作为进一步的优选，混合液中，酸处理的海泡石与锰元素的质量比为：1.95～4:1。优选的方案，获得混合液，在80-100℃加热搅拌20～30min后，向混合液中滴加酸溶液A，滴加过程中，保持80-100℃。专利技术人发现，预先加热一段时间，再滴加酸溶液A，可加快反应速率，促使高锰酸盐转化为二氧化锰。在本专利技术中，优选为采用水浴加热方式。优选的方案，所述酸溶液A为盐酸。优选的方案，所述盐酸中溶解HCL的质量分数为20％～38％作为进一步的优选，所述盐酸中溶解HCL的质量分数为36％～38％。优选的方案，所述盐酸与高锰酸钾的液固体积质量比为2～2.5:1(ml:g)；作为更进一步的优选，所述盐酸与高锰酸钾的液固体积质量比为2.1～2.2:1(ml:g)。优选的方案，所述滴加的速度为0.15-0.8ml/min。作为进一步的优选，所述滴加的速度为0.25～0.55ml/min。专利技术人发现，滴加速度过快，会导致生成的MnO2悬浮在溶液中，无法顺利负载于海泡石上。优选的方案，所述反应的温度为80-100℃，反应的时间为2-3h。优选的方案，固液分离，所得固体用去离子水洗涤至上清液无色，将固体干燥、研磨获得二氧化锰改性海泡石吸附剂。优选的方案，所述干燥的温度为60-110℃，干燥的时间为12-48h。优选的方案，所述二氧化锰改性海泡石中二氧化锰的质量为海泡石质量的20％-100％。作为进一步的优选，所述二氧化锰改性海泡石吸附剂中二氧化锰的质量为海泡石质量的40％-80％。优选的方案，所述酸处理的海泡石的制备方法为：将海泡石与酸溶液B混合获得悬浮液，静置，分去上层清液，下层洗涤后固液分离，干燥，研磨后过120目筛，取筛下物即得酸处理的海泡石。优选的方案，所述酸溶液B中H+的浓度为0.04-6mol/L；作为进一步的优选，所述酸溶液B中H+的浓度为0.34-4mol/L。优选的方案，所述酸溶液B选自盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种。优选的方案，所述海泡石与酸溶液B的质量比为1:5-30。优选的方案，所述静置的时间为12-48h。优选的方案，所述海泡石的纯度≥70％。作为更进一步的优选，所述海泡石的纯度≥90％。优选的方案，所述海泡石由海泡石原矿经提纯处理。作为进一步的优选，所述提纯处理的方法为物理沉降法，具体方法借鉴专利(CN106745014A)。上述制备方法得到的二氧化锰改性海泡石吸附剂在水溶液中吸附金属离子的应用。进一步的，上述制备方法得到的二氧化锰改性海泡石吸附剂在水溶液中吸附Cd2+的应用。优选的方案，所述水溶液的pH为2-7。作为进一步的优选，所述水溶液的pH为3-6。本专利技术的原理和优势：在本专利技术中，海泡石先经酸处理，酸与海泡石接触时，一方面除去海泡石内部的碳酸盐杂质，增加孔容积；另一方面酸中的H+取代海泡石结构中Mg-O八面体中的Mg原子，将Si-O-Mg-O-Si键变成了两个Si-O-H键，将内部通道被连通，表面积增大。然后再通过二氧化锰对经酸处理的海泡石进行进一步的改性，通过液相氧化还原法，高锰酸钾与浓盐酸反应生成的二氧化锰负载在海泡石上。通过本专利技术的酸性工艺条件，二氧化锰的吸附量大且负载强度稳定，相比碱性条件，能提供更多的活性位点，争强吸附能力，同时具有性质稳定的特点，适合用于实际生产过程中。在水溶液中，锰氧化物发生表面羟基化，为Cd2+的吸附提供了特定吸附位。此外，海泡石的孔道结构为二氧化锰吸附Cd2+提供了吸附场所。将本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特征在于：将经酸处理的海泡石加入至高锰酸盐溶液中，获得混合液，加热，向混合液中滴加H+浓度≥6mol/L的酸溶液A，滴加完后继续反应，固液分离，所得固体即为二氧化锰改性海泡石吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特征在于：将经酸处理的海泡石加入至高锰酸盐溶液中，获得混合液，加热，向混合液中滴加H+浓度≥6mol/L的酸溶液A，滴加完后继续反应，固液分离，所得固体即为二氧化锰改性海泡石吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特征在于：所述高锰酸盐溶液与酸处理的海泡石的液固体积质量比为10-30:1(ml：g)；所述混合液中，酸处理的海泡石与锰元素的质量比为：1.5～8：1。3.根据权利要求1所述的一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特征在于：所述酸溶液A为盐酸；所述盐酸中溶解HCL的质量分数为20％～38％；所述高锰酸盐为高锰酸钾；所述盐酸与高锰酸钾的液固体积质量比为2～2.5:1(ml:g)。4.根据权利要求1所述的一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特征在于：获得混合液，在80-100℃加热搅拌20～30min后，向混合液中滴加酸溶液A，滴加过程中，保持80-100℃。5.根据权利要求1所述的一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡夏一，张刚，周业丰，陈洪波，罗潇，赵铁光，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43