一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法技术

一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，涉及一种磷吸附剂的制备方法。本发明专利技术要解现有粉末状吸附剂利用率低、吸附量小、易随水流流失、难以回收利用的问题，解决现有镧负载方法的负载不均匀，镧离子易溶出，制备方法复杂的问题。方法：一、水合氧化镧溶胶的制备；二、载镧石墨烯气凝胶的制备。本发明专利技术用于载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备。烯气凝胶磷吸附剂的制备。烯气凝胶磷吸附剂的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种磷吸附剂的制备方法。

技术介绍

[0002]磷通常被认为是造成自然水体富营养化的限制性营养物质，同时，它也是全球粮食生产的基本元素。然而磷在地球元素循环中大多是线性的，从磷矿开采出的磷经使用后随水流汇入河流，最终沉积在大海底部，很少有循环的途径。因此，需要对含磷水体中的磷进行去除和回收。
[0003]目前，常用的方法有结晶法和吸附法。结晶法如鸟粪石结晶法比较适用于高浓度磷溶液的回收。低浓度的磷溶液会消耗更多的试剂，因此会产生更多的废水，在经济上和环境上都不划算。吸附法是一种适应性较强的方法，可用于回收或富集低浓度磷。
[0004]各种过渡金属氧化物如氧化铁、氧化锆和氧化镧由于与磷酸盐的特殊配位作用，是磷酸盐的高效吸附剂。近年来，氧化镧水合物已被证明具有超高的吸附能力和对磷的特异性亲和力。氧化镧水合物对环境无害，在地壳中含量丰富，因此是一种很有前途的磷吸附回收候选物。然而，普通的氧化镧水合物制备过程中容易团聚使其比表面积减小，磷吸附利用率降低。其次用于磷吸附的氧化镧水合物一般以细小颗粒的形式存在，容易随水流流失，难以在连续流系统中使用。目前，采用的方法通常是将氧化镧水合物负载在大比表面积的材料中，例如生物质碳、活性炭、有机聚合物等来解决上述问题。但目前的方法仍存在氧化镧水合物负载不均匀，镧离子易溶出，制备方法复杂等一系列问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解现有粉末状吸附剂利用率低、吸附量小、易随水流流失、难以回收利用的问题，解决现有镧负载方法的负载不均匀，镧离子易溶出，制备方法复杂的问题。进而提供一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法。
[0006]一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，它是按以下步骤进行的：
[0007]一、水合氧化镧溶胶的制备：
[0008]①
、将La(NO3)3·
6H2O溶于去离子水中，得到La(NO3)3溶液，在搅拌条件及冰水浴中，向La(NO3)3溶液滴加氨水直至pH为9～11，得到乳白色溶液；
[0009]②
、将乳白色溶液离心，得到白色沉淀，将白色沉淀洗涤并冷冻干燥，得到水合氧化镧粉末；
[0010]③
、将水合氧化镧粉末加入到去离子水中并超声，得到水合氧化镧溶胶；
[0011]所述的水合氧化镧粉末的质量与去离子水的体积比为1g:(100～200)mL；
[0012]二、载镧石墨烯气凝胶的制备：
[0013]①
、向氧化石墨烯水溶液中加入抗坏血酸钠并溶解，然后加入水合氧化镧溶胶，在室温下搅拌均匀，得到混合溶液；
[0014]所述的氧化石墨烯水溶液的浓度为1mg/L～5mg/L；所述的氧化石墨烯水溶液与水
合氧化镧溶胶的体积比为1:(0.2～0.5)；所述的氧化石墨烯水溶液的体积与抗坏血酸钠的质量比为1mL:(5～15)mg；
[0015]②
、向混合溶液中滴加氢氧化钠溶液直至pH为11～12，得到调节pH后的混合溶液；
[0016]③
、在温度为80℃～90℃的条件下，将调节pH后的混合溶液加热3h～5h，得到负载水合氧化镧的石墨烯水凝胶；
[0017]④
、将负载水合氧化镧的石墨烯水凝胶依次用去离子水和乙醇洗涤数次，最后冷冻干燥，得到载镧石墨烯气凝胶。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术制备的载镧石墨烯气凝胶是在石墨烯纳米片原位自组装的过程中嵌入了水合氧化镧纳米棒，其均匀分布在石墨烯片层表面，提高了镧的负载量(镧元素含量在5％～40％)和均匀度，从而提高了磷的吸附性能，磷吸附量达到76.9mg/g。
[0020]该吸附剂外观呈轻盈多孔形状可控的块体结构，块体石墨烯气凝胶具有多孔结构，比表面积可达到150m2/g以上，内部孔道互相连通，有效降低了水流阻力，提高了磷酸盐离子的传质效率，使其吸附速度更快，伪二阶动力学模型速率常数达到0.023g
·
mg
‑1·
h
‑1。
[0021]石墨烯气凝胶化学性质稳定，在水中可以长时间稳定存在并保持结构完整性，在固定床循环吸附实验中，2L浓度为2mg/L的含磷溶液，以1mL/min的流速流经吸附柱进行磷吸附实验，吸附后的溶液中溶出镧的浓度低(0.0026mg/L～0.0042mg/L)，所占气凝胶中的比例低(0.004％～0.007％)。此外其机械性能和力学性能较好，可以切割成所需形状，适合在各种容器中应用。
[0022]本专利技术制备的载镧石墨烯气凝胶吸附溶液中的磷具有操作简单、吸附周期短，实际应用中将块体的载镧石墨烯气凝胶填充到圆柱形容器中，含磷溶液从一侧进入另一侧流出，即可完成吸附过程，浓度2mg/L的磷溶液保留时间只需要10分钟即可吸附95％左右。且易于在NaOH溶液中脱附磷，可多次再生循环利用。
[0023]本专利技术用于一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法。
[0024]说明书附图
[0025]图1为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的实物图；
[0026]图2为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶标尺为200μm的扫描电镜图；
[0027]图3为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶标尺为1μm的扫描电镜图；
[0028]图4为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的投射电镜图；
[0029]图5为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的氮气吸附脱附曲线图，1为N2吸附曲线，2为N2脱附曲线；
[0030]图6为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的孔径分布图，1为累计孔体积，2为微分孔体积；
[0031]图7为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的吸附等温线图，1为实验值，2为Langmuir拟合曲线，3为Freundich拟合曲线；
[0032]图8为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的吸附动力学图，1为实验值，2为伪一级动力学拟合曲线，3为伪二级动力学拟合曲线；
[0033]图9为5次循环吸附实验中，实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶中镧的溶出浓度以及溶出的量占吸附剂中镧总量的比例图，其中柱状为溶出浓度，线条为溶出量占吸附剂中
镧总量的比例；
[0034]图10为5次循环吸附实验中，实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的磷吸附率对比图；
[0035]图11为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶的元素面扫图，a为扫描范围内的扫描电镜图，b为碳元素分布图，c为氧元素分布图，d为镧元素分布图；
[0036]图12为实施例一制备的载镧石墨烯气凝胶受重压前后的实物图，a为0.06g无重物的载镧石墨烯气凝胶，b为有20g砝码负载的载镧石墨烯气凝胶；
[0037]图13为加入不同水合氧化镧溶胶体积所制备的载镧石墨烯气凝胶最大磷吸附量的对比图。
具体实施方式
[0038]具体实施方式一：本实施方式一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、水合氧化镧溶胶的制备：
①
、将La(NO3)3·
6H2O溶于去离子水中，得到La(NO3)3溶液，在搅拌条件及冰水浴中，向La(NO3)3溶液滴加氨水直至pH为9～11，得到乳白色溶液；
②
、将乳白色溶液离心，得到白色沉淀，将白色沉淀洗涤并冷冻干燥，得到水合氧化镧粉末；
③
、将水合氧化镧粉末加入到去离子水中并超声，得到水合氧化镧溶胶；所述的水合氧化镧粉末的质量与去离子水的体积比为1g:(100～200)mL；二、载镧石墨烯气凝胶的制备：
①
、向氧化石墨烯水溶液中加入抗坏血酸钠并溶解，然后加入水合氧化镧溶胶，在室温下搅拌均匀，得到混合溶液；所述的氧化石墨烯水溶液的浓度为1mg/L～5mg/L；所述的氧化石墨烯水溶液与水合氧化镧溶胶的体积比为1:(0.2～0.5)；所述的氧化石墨烯水溶液的体积与抗坏血酸钠的质量比为1mL:(5～15)mg；
②
、向混合溶液中滴加氢氧化钠溶液直至pH为11～12，得到调节pH后的混合溶液；
③
、在温度为80℃～90℃的条件下，将调节pH后的混合溶液加热3h～5h，得到负载水合氧化镧的石墨烯水凝胶；
④
、将负载水合氧化镧的石墨烯水凝胶依次用去离子水和乙醇洗涤数次，最后冷冻干燥，得到载镧石墨烯气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的La(NO3)3溶液的浓度为0.05mol/L～0.4mol/L。3.根据权利要求1所述的一种载镧石墨烯气凝胶磷吸附剂的制备方法，其特征在于步骤一
①
中在搅拌速度为200rmp～1000rmp及冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：安瑞，王璞，南军，靳军涛，刘洪，吕永红，田禹，
申请(专利权)人：中广核环保产业有限公司，
类型：发明
国别省市：