钙镁铝三元氟化物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钙镁铝三元氟化物及其制备方法与应用，其制备方法具体包括以下步骤：将天然蛭石与氢氟酸在60

【技术实现步骤摘要】
钙镁铝三元氟化物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及吸附
，具体涉及一种钙镁铝三元氟化物及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]工业、农业、医药行业以及其它活动每年都会产生大量废水，这些废水会进入河流及海洋环境，或沉积到土地，对人类与水生生物的生存造成了严重的威胁。尤其是废水中包含有机染料与抗生素，这些污染物例如刚果红与盐酸四环素分子大，难以净化。吸附法具有效率高、操作简单、无二次污染且成本低等优点，是处理有机废水最有效的方法之一，其关键在于开发设计低成本、高性能的吸附剂。
[0003]吸附剂最早是以多孔碳材料为主，通过模板法制备各种多孔碳，通过控制模板剂的尺寸和形状可以控制多孔碳的结构。但是这些多孔碳吸附量普遍较低，急需提升。因此，一些具有较高吸附量的金属化合物吸附剂被开发出来。中国专利CN107224959A公开了一种层状锌铝双氢氧化物多孔块体，作为水体中对刚果红染料的吸附剂，最大吸附容量为731mg/g，然而该吸附容量仍然难以应对高浓度、大面积的废水污染，并且制备工艺复杂，整个合成周期在50
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150h之间。中国专利CN109603760A公开了一种中空NiFe2O4@N
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C吸附材料，用于吸附水体中的盐酸四环素，最大吸附量为272mg/g，但循环5次后容量保持率为85％左右，吸附容量与循环使用能力仍需提升。大多数高吸附容量的金属化合物吸附剂由于与污染物结合较强，污染物难以脱附，都存在循环使用能力不佳的问题。因此，仍急需开发新型的吸附剂。
[0004]蛭石是一种具有典型的2:1型层状结构的水合镁铝硅酸盐矿物，我国新疆蛭石矿约占全国储量95％，约占世界储量1/6，具有储量丰富、价廉易得、亲水、层间阳离子可交换、表面带负电、多级结构和物理化学性能稳定等优势，蛭石基吸附材料是蛭石应用于环境领域的重要功能材料。然而目前的蛭石基吸附剂研究是围绕蛭石进行结构孔道调控，表面修饰以及负载，无法打破吸附性能提升的瓶颈，而且在改性过程中丰富的金属流失也是资源的严重浪费。利用蛭石的金属组分制备新型吸附剂有望实现一举多得，获得高吸附量、可循环使用且低成本的新型的吸附剂，来应对高浓度、大面积的废水污染难题。

技术实现思路

[0005]鉴于目前存在的上述不足，本专利技术提供一种一种钙镁铝三元氟化物及其制备方法与应用，本申请利用天然黏土蛭石的金属资源，通过简单、成本低廉、一步法反应的工艺制备出超高吸附量且可循环使用的新型吸附剂来处理高浓度的刚果红及盐酸四环素废水，对刚果红的最大吸附容量为3065～3348mg/g，对盐酸四环素的最大吸附容量为731～904mg/g，吸附量高于绝大多数现有的吸附剂，循环使用5次，吸附容量保持率在90％以上。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供一种钙镁铝三元氟化物的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]将天然蛭石与氢氟酸在60
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90℃条件下，搅拌并反应3
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12h，再经抽滤得到固体；
[0008]将固体洗涤至pH为中性，再在空气中干燥，获得钙镁铝三元氟化物。
[0009]依照本专利技术的一个方面，所述氢氟酸的浓度为10wt％
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40wt％。
[0010]依照本专利技术的一个方面，所述氢氟酸与蛭石的用量比为5
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10mL/mg。
[0011]依照本专利技术的一个方面，所述天然蛭石与氢氟酸在60
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90℃反应3
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12h的过程中，反应是在聚四氟乙烯烧杯进行的。
[0012]依照本专利技术的一个方面，所述搅拌转速为600
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1000rpm/min。
[0013]依照本专利技术的一个方面，所述将固体洗涤至pH为中性的过程具体为采用去离子水和无水乙醇中交替洗涤至pH中性。
[0014]依照本专利技术的一个方面，所述干燥具体为在空气中60℃干燥12h。
[0015]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种钙镁铝三元氟化物，所述钙镁铝三元氟化物由上述任一所述的制备方法制备获得。
[0016]依照本专利技术的一个方面，所述钙镁铝三元氟化物形貌上呈颗粒状或片状，尺寸范围为30
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400nm，比表面积范围为69.4
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98.0m2/g，孔体积范围为0.15
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0.40cm3/g。
[0017]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了上述任一所述制备方法获得钙镁铝三元氟化物在吸附刚果红或盐酸四环素废水中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019](1)本专利技术使用的原料为价廉量大的天然蛭石与氢氟酸，一步法反应即可制备，整个制备过程温度在90度以下，整体的产品制备时间为15
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24h，也不需要真空环境，制备过程简单、高效，成本低。此外，本专利技术能大规模工业化应用，提高产量完全没有任何机械设备的瓶颈。
[0020](2)本专利技术充分利用了蛭石中的金属资源镁铝钙，氢氟酸不仅去除蛭石中的二氧化硅，生成SiF4气体逸出，同时与其中的金属反应，实现了矿物资源化利用。
[0021](3)本专利技术实施例所提供的钙镁铝三元氟化物应用于吸附刚果红或者盐酸四环素废水，对刚果红的最大吸附容量为3065～3348mg/g，吸附量巨大，是对比例1天然蛭石吸附容量的33
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36倍。这些钙镁铝三元氟化物对盐酸四环素的最大吸附容量为731～904mg/g，吸附量高于绝大多数现有的吸附剂，是对比例1天然蛭石吸附容量的23
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28倍。这些表明了钙镁铝三元氟化物吸附剂在吸附容量上的巨大突破。
[0022](4)不同于现有研究中大多数高吸附容量的金属化合物吸附剂由于与污染物结合较强，难以脱附，无法循环使用，本专利技术的钙镁铝三元氟化物不仅具有超高的吸附容量，而且可以循环重复使用，实施例2在吸附盐酸四环素废水时，循环使用5次，吸附容量保持率在90％以上。
附图说明
[0023]图1为实施例1、实施例2及实施例3的X射线衍射图谱；
[0024]图2为实施例1的钙镁铝三元氟化物扫描电镜图(图2a)、实施例2的钙镁铝三元氟化物扫描电镜图(图2b)、实施例3的钙镁铝三元氟化物扫描电镜图(图2c)；
[0025]图3为实施例1、实施例2以及实施例3的能量色散谱图；
[0026]图4为本专利技术实施例1、2、3作为吸附剂对刚果红的最大吸附容量性能图(图4a)、对
比例2、3、4作为吸附剂对刚果红的最大吸附容量性能图(图4b)；
[0027]图5为本专利技术实施例1、2、3作为吸附剂对盐酸四环素的最大吸附容量性能图(图5a)、对比例2、3、4作为吸附剂对盐酸四环素的最大吸附容量性能图(图5b)；
[0028]图6为实施例2吸附对盐酸四环素废水的循环吸附性能。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术更加容易理解，下面结合具体实施例，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙镁铝三元氟化物的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将天然蛭石与氢氟酸在60
‑
90℃条件下，搅拌并反应3
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12h，再经抽滤得到固体；将固体洗涤至pH为中性，再在空气中干燥，获得钙镁铝三元氟化物。2.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为10wt％
‑
40wt％。3.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物的制备方法，其特征在于，所述氢氟酸与蛭石的用量比为5
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10mL/mg。4.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物的制备方法，其特征在于，所述天然蛭石与氢氟酸在60
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90℃反应3
‑
12h的过程中，反应是在聚四氟乙烯烧杯进行的。5.根据权利要求1所述的钙镁铝三元氟化物的制备方法，其特征在于，所述搅拌转速为600
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱东，张士林，杨华明，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：