一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于无机多孔材料吸附分离技术领域，特别涉及一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备方法和应用。采用腐殖酸对氧化石墨烯进行改性，之后将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，获得所述无机多孔材料。本发明专利技术提供的多孔材料相比较于其他吸附材料表现出优越的吸附性能且廉价易得。

Inorganic porous material for heavy metal removal and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用
本专利技术属于无机多孔材料吸附分离
，特别涉及一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用。
技术介绍
随着社会的发展及科学的进步，能源的消耗持续加重，产生的污染与经济发展之间的矛盾日益突出，因此必须加速治理污染的步伐。我国是世界上最大的产煤和耗煤国家，虽然已经大力发展清洁能源，但我国的能源结构仍以煤炭为主，工业的发展离不开煤炭。煤化工以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品，之后进行进一步的加工（精细化工）开发能源产品等的过程。主要包括煤的气化、液化、低温干馏、高温干馏及焦油加工等过程。煤是化学成分极为复杂的物质，因此煤化工过程中消耗大量的水，也带来大量的污水。煤化工废水中往往含有数十种无机污染物和有机污染物，包括固体悬浮物、氨及铵盐、硫化物、重金属、易降解和难降解的有机物等等。其中重金属污染在环境中难以生物降解，随着积累破坏环境，导致生物基因突变；在人体中不易被分解，给人体带来严重的疾病；同时也浪费大量的资源。为了高效的去除重金属污染，研究人员研发了多种去除工艺，包括萃取、沉淀、离子交换、吸附和生物转化等工艺。其中，吸附法因其操作简单、效率高、操作简便等优点被认为是最佳的方法之一。氧化石墨烯面世以来，由于其优异的吸附性能受到广大研究人员的青睐，但由于氧化石墨烯片剥离困难，容易团聚，因此对其进行选择性的改性，获得功能性材料是目前的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用，所述的无机多孔材料具有一定的微观结构，对重金属离子有较强的吸附能力，廉价易得，使用范围广。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于去除重金属的无机多孔材料，通过下法获得：采用腐殖酸对氧化石墨烯进行改性，之后将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，获得所述无机多孔材料。进一步，改性后的氧化石墨烯与蒙脱土的质量比例为1-4：10。优选的，按照以下比例将0.5-1g氧化石墨烯溶于300-600mlN，N-二甲基甲酰胺中，充分混合后，在其中滴加入腐殖酸溶液，之后充分混合获得改性后的氧化石墨烯；所述的腐殖酸溶液通过将0.5-1g腐殖酸溶于50-100ml体积浓度10%乙酸水溶液获得。具体的，将氧化石墨烯溶于溶剂后，搅拌并超声4-6小时，接着缓慢滴加腐殖酸溶液，搅拌2-4小时后获得改性后的氧化石墨烯混合溶液。将改性后的氧化石墨烯与蒙脱土悬浮液混合，调节溶液pH至中性后沉淀离心，冷冻干燥制得所述无机多孔材料。其中，所述蒙脱土悬浮液是按照将2.5-5g蒙脱土溶于250-500ml蒸馏水中比例配制，充分混合后再搅拌2-4小时。优选的，可将蒙脱土溶于蒸馏水中搅拌2-4小时后超声处理4-6小时，之后再搅拌2-4小时。离心时离心机转速为8000r/min，时间为10-15min；冷冻12-24h后干燥36-72h。干燥可于冷冻干燥机中进行。所述氧化石墨烯为改进Hummers法制备的氧化石墨烯（采用现有改进Hummers法制备即可），利用氧化石墨烯表面大量的活性基团及大比表面积增强材料的吸附能力。所述蒙脱石为纳米级蒙脱石。纳米级蒙脱土在溶液中悬浮存在，部分水分子进入片层使蒙脱土发生层间化膨胀，片层间距增大，利于插层改性。具体的，本专利技术用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，可如下进行：1）氧化石墨烯的改性制备：取0.5-1g氧化石墨烯溶于300-600mlN，N二甲基甲酰胺溶液中，超声处理后备用；另取0.5-1g腐殖酸置于50-100ml乙酸溶液（体积浓度10%）中，搅拌溶解，超声处理后将腐殖酸溶液滴加到氧化石墨烯溶液中，搅拌2-4小时即得改性氧化石墨烯溶液；2）蒙脱土悬浮液的制备；取2.5-5g蒙脱土溶于250-500ml蒸馏水中，先搅拌溶解2-4小时，然后将溶液超声处理4-6小时，接着再搅拌2-4小时得蒙脱土悬浮液，促进蒙脱土的层间膨胀化；3）无机多孔材料的制备：将改性氧化石墨烯溶液缓慢滴加到层间膨胀化的蒙脱土悬浮液中或者将层间膨胀化的蒙脱土悬浮液缓慢滴加到改性氧化石墨烯溶液中，搅拌2-4小时后调节溶液的pH至中性，之后离心，冷冻干燥即得所述无机多孔材料。通过上述方法获得的用于去除重金属的无机多孔材料，具有类蒲公英形状的一端紧闭一端蓬松的结构。这种特殊的结构赋予材料较高的吸附性能。所述多孔无机材料在重金属去除中具有很好的应用，对众多金属离子污染都具有一定的吸附性能，且可适应微酸碱pH等环境。本专利技术以氧化石墨烯为基础，使用腐殖酸对其进行改性，采用插层作用将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，从而制得无机多孔材料。用于改性氧化石墨烯的腐殖酸廉价易得，表面具有活性基团能与氧化石墨烯完美的结合到一起，赋予材料更多的吸附位点。改性后的氧化石墨片层更易剥离，且氧化石墨烯片层边缘有更多的活性基团。而蒙脱土一方面起到骨架的作用，给予材料一种结构，另一方面蒙脱土的加入增强了材料的亲水性，能更有利的与金属离子接触。本专利技术获得的无机多孔材料在吸附实验中表现出优异的性能，且相比较传统的吸附材料更加的廉价易得，有更大的应用范围，具体以下列实际吸附实验中的吸附性能说明。无机多孔材料的吸附性能：材料在300mg/l的铜离子溶液中最大的吸附容量为150-180mg/g；在模拟的废水环境（铜离子、铅离子和镉离子混合溶液）竞争吸附，在单相、两相或三相混合溶液中对每种金属离子都表现出较高的吸附性能。单相时铅离子的吸附容量为160-190mg/g，镉离子的吸附容量为140-170mg/g，两相或三相中，铅离子吸附容量>铜离子吸附容量>镉离子吸附容量。无机多孔材料的吸附速率：在吸附实验中30min左右吸附率为88.9%，50min左右吸附达到饱和，且吸附速率受温度的影响不大，温度适当增大有助于吸附的进行。无机多孔材料的适用性：材料在弱酸碱溶液中具有较高的吸附容量，以铜离子溶液为例：pH=5时，吸附容量为150-160mg/g；pH=6时，吸附容量为160-170mg/g；pH=7时，吸附容量为155-165mg/g。无机多孔材料的重复使用性能：材料经过酸洗等手段脱附后考察了重复吸附性能。数据表明：材料在循环使用6次后，吸附容量仅下降了20%，在可接受的范围，表现出了较高的吸附性能。无机多孔材料的数据拟合：通过吸附实验数据拟合吸附动力学模型和等温吸附模型。拟合的曲线证明，材料的吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型，表明材料的吸附过程受化学吸附控制，即以化学吸附为主。结合实验数据、拟合的吸附动力学和等温吸附模型可推测金属离子与材料的结合主要生成螯合物，另外静电作用也促进吸附的进行。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点；本专利技术提供了一种用于去除重金属的无机多孔材料及其制备和应用，所述的无机多孔材料具有一定的微观结构，对重金属离子有较强的吸附能力，廉价易得，使用范围广。附图说明图1为实施例1获得的无机多孔材料的粉末照片；图2分别为不同尺度下实施例1无机多孔材料的SEM照片；图3为不同尺度下实施例1无机多孔材料的TEM照片。具体实施方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此：实施例1一种用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，采用腐殖酸对氧化石墨烯进行改性，之后将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，获得所述无机多孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，采用腐殖酸对氧化石墨烯进行改性，之后将改性后的氧化石墨烯插层到蒙脱土片层内，获得所述无机多孔材料。2.如权利要求1所述的用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，改性后的氧化石墨烯与蒙脱土的质量比例为1-4:10。3.如权利要求2所述的用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，将改性后的氧化石墨烯与蒙脱土悬浮液混合，之后沉淀离心，冷冻干燥制得所述无机多孔材料。4.如权利要求3所述的用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，所述蒙脱土悬浮液是按照将2.5-5g蒙脱土溶于250-500ml蒸馏水中比例配制，充分混合后再搅拌2-4小时。5.如权利要求3所述的用于去除重金属的无机多孔材料的制备方法，其特征在于，离心时离心机转速为8000r/min，时间为10-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国莉，刘盼，范桂侠，曹亦俊，李鹏，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41