一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法及应用，其包括如下步骤：S1，将Mg盐和Al盐溶解于超纯水中制得双金属混合溶液，将NaOH和赖氨酸溶解于超纯水中制得碱

【技术实现步骤摘要】
一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及吸附材料
，具体涉及赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]磷是生命体细胞的必需元素之一，在人类生产、生活利用后以含磷污水的形式排放到水环境中，成为水体富营养化的主要来源。砷作为自然界普遍存在且应用广泛的有毒类金属元素，通过自然过程和人为活动进入水环境中造成污染，并对人体健康造成危害。作为磷和砷在水体中广泛存在的形式，正磷酸盐和砷酸盐是污水处理领域的重要目标污染物，有效去除正磷酸盐和砷酸盐受到国内外广泛关注。
[0003]目前，水环境中正磷酸盐的去除方法主要有强化生物除磷、吸附法、化学沉淀法、电解法等。污水厂的运行实践表明，生物除磷法难以稳定高效运行以保证低磷浓度出水；化学沉淀法存在过量药剂投加和化学污泥处置的问题；电解法能耗较大并不经济。砷酸盐的去除方法主要包括化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、生物法、人工湿地法等。其中，化学沉淀法存在过量药剂投入和二次污染风险；膜分离法成本昂贵，对设备、膜、操作条件等要求苛刻；生物法因砷的生物毒性不能处理高浓度含砷废水。吸附法具有设计简单灵活、操作简便、成本低廉、运行能耗低、适用污染物浓度范围广、不产生化学污泥、可再生循环等优势，成为当前水环境中正磷酸盐和砷酸盐去除领域的研究热点。吸附法的核心是研究和开发高效吸附剂，优秀的水处理吸附剂应具备吸附容量大、吸附选择性好、吸附速率快、廉价易得、无毒害物质溶出、容易再生及性质稳定等特性。
[0004]现有正磷酸盐和砷酸盐吸附技术，最大的难点之一是制备兼具大的吸附容量、快的吸附速率和好的吸附选择性的高效吸附剂。类水滑石(Layered double hydroxides，LDH)是一类具有可交换阴离子的层状二维纳米材料，具有特殊的孔隙结构和表面活性中心，对于水体中的阴离子、重金属离子、有机物、细菌、病毒等具有良好的吸附效果，在催化、超级电容器、药物等领域也有广泛应用。LDH实际应用于水环境中正磷酸盐和砷酸盐的去除时，存在LDH颗粒团聚、吸附容量不稳定、吸附速率不佳等问题。因此，对LDH进行改性，开发其内部结构，强化其理化性能，提升其对磷酸盐和砷酸盐的吸附容量和速率，对LDH在水处理领域的应用具有实际意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法及应用，其简单易行、条件温和，制备得到的吸附材料能够实现对水环境中正磷酸盐和砷酸盐的高效吸附去除。
[0006]本专利技术所述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0007]S1，将Mg盐和Al盐溶解于超纯水中制得双金属混合溶液，将NaOH和赖氨酸溶解于超纯水中制得碱
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赖氨酸混合溶液；
[0008]S2，在25～60℃的恒温水浴中将双金属混合溶液和碱
‑
赖氨酸混合溶液滴加到超纯水中，搅拌得到沉淀浆液；
[0009]S3，将沉淀浆液陈化、离心、洗涤、冷冻、干燥、破碎后，得到赖氨酸改性类水滑石吸附材料。
[0010]优选地，所述S1的Mg盐为MgCl2·
6H2O，Al盐为AlCl3·
6H2O；所述双金属混合溶液中Mg和Al的摩尔比为2～4：制备碱
‑
赖氨酸混合溶液时，氢氧化钠的加入量为2
×
(Mg的摩尔量+Al的摩尔量)，赖氨酸的加入量为Al的摩尔质量的0.25～1倍。
[0011]优选地，所述S2中的滴加速度为1～4mL/min，搅拌速度为250～500rpm。
[0012]优选地，所述S3中的陈化具体为：将沉淀浆液置于80～95℃的恒温水浴锅中静置陈化8h～24h；离心具体为：去除上清液，取下层沉淀物在转速为2500～5000rpm的条件下离心处理1～5min；洗涤具体为：采用温度为40～80℃的超纯水洗涤离心后的沉淀物；冷冻具体为：将洗涤后的产物在温度为﹣10～﹣25℃的条件下冷冻5～24h；干燥具体为：将冷冻后的产物置于真空冷冻干燥机中干燥36h以上；破碎具体为：将干燥后的产物用玛瑙研钵轻轻压碎，经200目不锈钢筛网过筛得到赖氨酸改性类水滑石吸附材料。
[0013]优选地，离心和洗涤交替进行3～4次，直至离心后上清液pH为9.0。
[0014]一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料，采用上述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法制得。
[0015]一种权上述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法得到的吸附材料或上述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料在去除水环境中正磷酸盐或砷酸盐的应用。
[0016]优选地，将上述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法得到的吸附材料或上述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料加入到经水浴预热的正磷酸盐或砷酸盐的水溶液中，所述正磷酸盐或砷酸盐的水溶液的初始pH为2.5～10.0，水浴预热温度为15～35℃，吸附过程持续采用磁力搅拌。
[0017]优选地，所述吸附材料的加入量为0.1～0.6g/L，正磷酸盐水溶液的初始浓度以元素P计为5～50mg/L，砷酸盐水溶液的初始浓度以元素As计为5～50mg/L。
[0018]优选地，磁力搅拌吸附反应时间不大于2h，磁力搅拌转速为500rpm。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果。
[0020]1、本专利技术通过在镁铝类水滑石制备过程中加入碱
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氨基酸混合溶液，通过共沉淀法制备类水滑石，并利用赖氨酸的带电性质，在共沉淀过程中将赖氨酸引入类水滑石结构中，经冷冻干燥后得到赖氨酸改性类水滑石无机
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有机复合吸附材料，该制备方法简单易行、条件温和，适合工业化应用。
[0021]2、本专利技术通过限定双金属混合溶液和碱
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赖氨酸混合溶液中各个组分的加入量，与现有技术中的类水滑石相变相比，制备得到的赖氨酸改性类水滑石无机
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有机复合吸附材料较未添加赖氨酸的类水滑石吸附材料，具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，对水中正磷酸盐和砷酸盐的吸附容量和吸附速率均有较大提升，解决了现有类水滑石颗粒团聚、吸附容量不稳定、吸附速率不佳等问题。
[0022]3、本专利技术制得的赖氨酸改性类水滑石吸附材料在pH中性、室温条件下，对正磷酸盐的吸附容量以P元素计达59.6mg/g，吸附平衡时间为10min；对砷酸盐的吸附容量以As元素计达104.2mg/g，吸附平衡时间为20min。
[0023]4、本专利技术限定了Mg盐为MgCl2·
6H2O、Al盐为AlCl3·
6H2O，即盐类的阴离子为氯离子，不会对水环境造成二次污染。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例一制得的赖氨酸改性类水滑石吸附材料在不同倍数下的扫描电子显微镜图片。
[0025]图2是本专利技术实施例一制得的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的N2吸附
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脱附等温线图；横坐标为相对压力；纵坐标为N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将Mg盐和Al盐溶解于超纯水中制得双金属混合溶液，将NaOH和赖氨酸溶解于超纯水中制得碱
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赖氨酸混合溶液；S2，在25~60℃的恒温水浴中将双金属混合溶液和碱
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赖氨酸混合溶液滴加到超纯水中，搅拌得到沉淀浆液；S3，将沉淀浆液陈化、离心、洗涤、冷冻、干燥、破碎后，得到赖氨酸改性类水滑石吸附材料。2.根据权利要求1所述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S1的Mg盐为MgCl2·
6H2O，Al盐为AlCl3·
6H2O；所述双金属混合溶液中Mg和Al的摩尔比为2~4：制备碱
‑
赖氨酸混合溶液时，氢氧化钠的加入量为2
×
（Mg的摩尔量＋Al的摩尔量），赖氨酸的加入量为Al的摩尔质量的0.25~1倍。3.根据权利要求1或2所述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S2中的滴加速度为1~4mL/min，搅拌速度为250~500rpm。4.根据权利要求1或2所述的赖氨酸改性类水滑石吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S3中的陈化具体为：将沉淀浆液置于80~95℃的恒温水浴锅中静置陈化8h~24h；离心具体为：去除上清液，取下层沉淀物在转速为2500~5000rpm的条件下离心处理1~5min；洗涤具体为：采用温度为40~80℃的超纯水洗涤离心后...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉芳英，张倩，冯利华，姜蕾，沈秋实，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：