一种FeS/LDH纳米吸附剂及其合成方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种吸附剂，尤其是涉及一种FeS/LDH纳米吸附剂及其合成方法和应用，该纳米吸附剂以LDH为基础，表面负载无定形铁硫化物；包括如下步骤：S1：将铁盐溶解于去氧超纯水中，经超声搅拌使其充分溶解，注射加入NaOH溶液并持续搅拌调节pH至8，再加入硫前体溶液并在惰性气体保护下充分反应；S2：对步骤S1反应后的溶液离心，沉淀经洗涤和干燥得到前体粉末；S3：将步骤S2得到的前体粉末在惰性气体氛围下煅烧，得到FeS/LDH纳米吸附剂。与现有技术相比，本发明专利技术实现了对废水中常见的重金属阴离子高效去除，在降低水体重金属浓度的同时，兼顾将重金属固定在吸附剂表面的效果。顾将重金属固定在吸附剂表面的效果。顾将重金属固定在吸附剂表面的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种FeS/LDH纳米吸附剂及其合成方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种吸附剂，尤其是涉及一种FeS/LDH纳米吸附剂及其合成方法和应用。

技术介绍

[0002]重金属是我国有色行业制造的重要矿物原料，多数分布于土壤基质中，在冶炼、印刷合金、采矿、燃煤、电镀、皮革鞣制以及半导体制造等工业领域都是重要的原材料。过度的重金属开采不仅导致了不可再生资源的快速消耗，同时伴随工业产品产生的工业废弃物也导致了严重的环境问题，例如工业铬渣在未经处理的情况下被填埋，很容易导致铬元素的扩散迁移，有毒的六价铬通常容易在自然条件下进行迁移扩散，经垂直迁移后可能对土壤地下水产生污染，由此对饮用水安全和人体健康造成威胁。此外，电镀行业中产生的高浓度重金属阴离子废水也面临处理难度大，处理成本高等难题。
[0003]目前常见的水中重金属阴离子的处理手段有化学沉淀法和离子交换法。由于重金属阴离子本身的理化性质，不同价态的重金属通常表现出差异化的溶度积，因此常常通过改变重金属阴离子的价态来得到相应的金属氧化物或氢氧化物沉淀，便于从水体中将重金属阴离子分离出来，例如Cr(VI)，通常采用加入具有还原性盐的方法，先将毒性强的六价铬转化为低毒性的三价，再利用石灰、烧碱等碱性物质使三价铬形成Cr(OH)3沉淀，从而达到去除六价铬的目的。但该方法需要大量的碱和絮凝剂来配合使用，会造成排水的pH值过高和操作费用上的问题。离子交换法则是通过交换树脂或者沸石等与水中的重金属阴离子进行离子交换，此法处理的优点是净化深度高，操作简便等，缺点是成本高，效率低。相比此两种方法，纳米吸附剂具有高反应活性、比表面积大和吸附速度快等特点，可有效加强吸附剂中的原子利用率，实现在固液界面上的高效离子传递和反应，针对具有较高氧化还原电位的高价金属Cr(VI)，As(V)，Sb(V)，吸附固定的化学手段是处理这三种重金属的常见思路，因此，开发普遍适用于重金属阴离子的纳米吸附剂具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种FeS/LDH纳米吸附剂及其合成方法和应用，实现了对废水中三种常见的重金属阴离子Cr(VI)，As(V)，Sb(V)的高效去除，在降低水体重金属浓度的同时，兼顾将重金属固定在吸附剂表面的效果，经过洗脱处理，吸附剂能够实现循环使用，从而提供对高浓度废水的经济性解决方案。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术第一方面公开了一种FeS/LDH纳米吸附剂，该纳米吸附剂以LDH为基础，表面负载无定形铁硫化物。
[0007]优选地，该纳米吸附剂的粒径为20～200nm，比表面积为80～150m2/g；在pH<8时，该吸附剂的表面Zeta电位呈现正电性，对于重金属阴离子具有良好的静电吸附作用。同时，较大的比表面积为吸附剂吸附提供了大量的化学吸附位点，保证了在pH>8时同样具有良好
的吸附效果，使得此吸附剂具有更宽的pH应用范围。
[0008]本专利技术第二方面公开了一种合成如上所述的FeS/LDH纳米吸附剂的方法，首先通过预合成具有类水滑石层状结构的含铁前体，经硫化后低温煅烧合成出具有高反应活性的无定型态铁硫化物，即FeS/LDH，具体包括如下步骤：
[0009]S1：将铁盐溶解于去氧超纯水中，经超声搅拌使其充分溶解，缓慢注射加入NaOH溶液调节pH稳定至8左右，再逐渐加入硫前体溶液并在惰性气体保护下充分反应；
[0010]S2：对步骤S1反应后的溶液离心，沉淀经洗涤和干燥得到前体粉末；
[0011]S3：将步骤S2得到的前体粉末在惰性气体氛围下低温煅烧，得到所述的FeS/LDH纳米吸附剂。
[0012]优选地，步骤S1中所述的铁盐包括Fe(II)盐和Fe(III)盐，按照Fe(II):Fe(III)＝3:1～4:1以此来形成电荷匹配的类水滑石结构；所述的Fe(II)盐为FeCl2·
4H2O、(NH4)2Fe(SO4)2·
6H2O和FeSO4·
7H2O中的一种或多种；所述的Fe(III)盐为FeCl3·
6H2O、Fe(NO3)3·
9H2O和Fe2(SO4)3·
5H2O的一种或多种；Fe(II)盐和Fe(III)盐的摩尔比为3:1～4:1。Fe(III)盐的加入可以用于形成类水滑石的结构，由于三价金属的存在，会导致层状结构的电荷有所剩余，进而会吸引层间阴离子来中和电荷。
[0013]优选地，步骤S1中所述的去氧超纯水为去除溶解氧的超纯水，通过向超纯水中连续通入至少30min的氮气，以实现超纯水中溶解氧的去除。
[0014]优选地，所述的NaOH溶液的浓度为1mol/L～4mol/L，注射加入的速度为1～2mL/min，持续搅拌的时间至少为30min。
[0015]优选地，步骤S1中所述的硫前体溶液为硫代乙酰胺、硫脲和和硫代硫酸钠中的一种或多种；硫前体溶液按照Fe(II)与S的摩尔比为1:2～1:4加入。由于S不能够完全参与反应，过量的S有助于反应平衡的正向移动，且在煅烧过程中会发生S的气化，因此需要提高S的剂量以抵抗损失。过量的S对吸附效果有所提升，但并不明显，故可控在一定范围内，将S的加入量控制在合适的范围内。
[0016]优选地，步骤S1中所述的反应的时间为4h。
[0017]优选地，步骤S2中所述的干燥为真空干燥，温度为40～60℃。
[0018]步骤S2中得到的前体粉末的制备需让Fe(II)盐、Fe(III)盐充分溶解在水中，可以使用超声辅助溶解。在用NaOH进行pH调节时需持续搅拌至少30min，使二价三价离子直接形成类水滑石片状结构而非絮状沉淀，NaOH浓度可在1mol/L～4mol/L，注射速度为1～2mL/min，可以使类水滑石结构充分生长，有助于高比表面积的形成。由于类水滑石结构在FeS/LDH纳米吸附剂中的比例会影响生成的铁硫化物(FeS)的结晶性，参与反应的NaOH越多，反应时间越长，层片状结构越显著，越能够发挥类水滑石结构对FeS的均匀分散作用，同时抑制了FeS的结晶长大，获得的小尺寸无定型FeS有助于增加对重金属阴离子的选择性化学吸附。因此，需要控制NaOH的加入量和速度，即控制FeS/LDH纳米吸附剂中FeS与LDH的质量比为1：1～1：4。
[0019]优选地，步骤S3中所述的煅烧温度为150～300℃，时间为2～4h。
[0020]优选地，步骤S1以及步骤S3中所述的惰性气体为氮气、氩气或其他惰性气体。
[0021]该合成方法通过在类水滑石层板上负载均匀分布的铁硫化物作为反应位点，并利用了层状结构的高比表面积的特性，能够在较低的煅烧温度(150～300℃)实现材料合成。
[0022]本专利技术第三方面公开了一种如上所述的FeS/LDH纳米吸附剂在去除水中重金属阴离子中的应用。
[0023]优选地，所述的FeS/LDH纳米吸附剂用于pH为3～10的水体中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeS/LDH纳米吸附剂，其特征在于，该纳米吸附剂以LDH为基础，表面负载无定形铁硫化物。2.根据权利要求1所述的一种FeS/LDH纳米吸附剂，其特征在于，该纳米吸附剂的粒径为20～200nm，比表面积为80～150m2/g；在pH<8时，该吸附剂的表面Zeta电位呈现正电性。3.一种合成如权利要求1或2所述的FeS/LDH纳米吸附剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将铁盐溶解于去氧超纯水中，经超声搅拌使其充分溶解，注射加入NaOH溶液并持续搅拌调节pH至8，再加入硫前体溶液并在惰性气体保护下充分反应；S2：对步骤S1反应后的溶液离心，沉淀经洗涤和干燥得到前体粉末；S3：将步骤S2得到的前体粉末在惰性气体氛围下煅烧，得到所述的FeS/LDH纳米吸附剂。4.根据权利要求3所述的一种FeS/LDH纳米吸附剂的合成方法，其特征在于，步骤S1中所述的铁盐包括Fe(II)盐和Fe(III)盐；所述的Fe(II)盐为FeCl2·
4H2O、(NH4)2Fe(SO4)2·
6H2O和FeSO4·
7H2O中的一种或多种；所述的Fe(III)盐为FeCl3·
6H2O、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良，闫瑞鑫，孔龙，刘敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：