一种碳酸钙和纳米氧化镁复合材料及其制备与应用方法技术

本发明专利技术公开了一种碳酸钙和纳米氧化镁复合材料及其制备与应用方法。所述制备方法包括：通过醋酸钙和醋酸镁的混合水溶液与氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液的共沉淀，得到沉淀分散液；向沉淀分散液中加入聚乙二醇，在加热进行反应后，静置陈化；将静置后分离得到的固体在洗涤、干燥、研磨后进行煅烧，得到所述碳酸钙和纳米氧化镁复合材料。本发明专利技术可获得碳酸钙掺杂的纳米MgO材料，其孔隙网络发达，在多次碳化/煅烧后仍具备良好的吸附速率和吸附容量，可在污水重金属处理中进行循环再生使用。可在污水重金属处理中进行循环再生使用。可在污水重金属处理中进行循环再生使用。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸钙和纳米氧化镁复合材料及其制备与应用方法


[0001]本专利技术涉及污水处理用吸附材料的
，特别涉及水热共沉淀法制备的氧化镁复合吸附材料的


技术介绍

[0002]吸附被认为是最具吸引力的技术之一，它可被广泛使用，具有成本效益高、易于操作和处理、产生的污泥最少、可重复使用、去除效率高等优势，在污水处理，特别是污水中重金属去除等方面发挥了关键作用。现有的吸附剂大致分为无机吸附剂、有机吸附剂、复合吸附剂等。对各类吸附剂，吸附容量和吸附速率在很大程度上取决于吸附剂的特性如其粒径、表面积、等电点，吸附剂形态，初始浓度，pH值，温度和干扰离子(例如HAs、PO
43
‑
、SO
42
‑
,SiO
32
‑
,CO
32
‑
,Ca
2+
,Mg
2+
,Mn
2+
)等的情况。
[0003]作为一种常见的工业无机材料，氧化镁(MgO)具有性能优异、成本低廉和环境友好的特点，且纳米级MgO相比大颗粒MgO具有更出色的吸附性能、吸附容量和可再生能力，因此其成为了从水中去除低浓度重金属如铅、铬、锑、砷、铕、镍的常见吸附剂。但研究发现纳米材料具有自发团聚性，且在多次循环再生过程中，纳米MgO在高温环境下的晶粒长大和团聚现象加剧，使其对重金属离子吸附位点的缺陷度和活性受到影响，而这些活性位点显著影响了纳米MgO的吸附性能。因此，如何降低纳米MgO的团聚现象，降低纳米MgO在再生过程中受到的高温影响，对于纳米MgO从水中吸附去除有毒重金属的应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种通过水热共沉淀
‑
煅烧法制备复合碳酸钙
‑
纳米氧化镁材料的方法，其可获得碳酸盐掺杂的纳米MgO材料，相对于纳米MgO材料，该复合材料的孔隙网络更发达，在多次碳化/煅烧后仍具备良好的吸附速率和吸附容量，可在污水重金属处理中进行循环再生使用。
[0005]本专利技术首先提供了如下的技术方案：
[0006]一种碳酸钙和纳米氧化镁复合材料的制备方法，其包括：
[0007]将醋酸钙和醋酸镁的混合水溶液与氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液进行混合，得到沉淀分散液；
[0008]向所述沉淀分散液中加入聚乙二醇，进行粘合反应，其后在室温下静置陈化，得到前驱体悬浮液；
[0009]将所述前驱体悬浮液进行固液分离，将所得固体在洗涤、干燥后研磨成粉，其后将所得粉体在500～700℃进行空气煅烧，得到所述碳酸钙和纳米氧化镁复合材料。
[0010]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述醋酸钙和所述醋酸镁中镁和钙的摩尔比为(9.5～8):(0.5～2)。
[0011]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述醋酸钙和醋酸镁的总摩尔量与氢氧化钠和碳酸钠的总摩尔量之比为(0.01～1):(1～5)。
[0012]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.25mol
·
L
‑1。
[0013]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液中，碳酸钠的浓度为0.5mol
·
L
‑1。
[0014]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述聚乙二醇选自PEG
‑
400。
[0015]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述粘合反应在45～55℃下恒温进行。
[0016]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述粘合反应在200～250rpm的持续搅拌下进行1～3h。
[0017]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述静置陈化的时间为1.5～2.5h。
[0018]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述干燥的温度为110～130℃。
[0019]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述干燥的时间为3～5h。
[0020]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述煅烧的升温速率为8～12℃℃
·
min
‑1。
[0021]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述煅烧的时间为1～3h。
[0022]本专利技术进一步提供了上述制备方法制备得到的碳酸钙和纳米氧化镁复合材料。
[0023]该复合材料具有与纳米氧化镁相似的吸附容量及更快的吸附速率。材料中CaCO3的掺杂降低了吸附剂上CO2化学吸附的活化能，同时其具有的较大的晶粒间隙和多孔结构保证了CO2与MgO有更多的接触机会，也保证了CO2分子在MgO内部的扩散和转移，提高了碳化效率。同时，材料中CaCO3提高了MgO粒子的分散性，阻碍MgO晶粒可再生化过程中缺乏缺陷导致的聚集，增大了晶粒间间隙，防止了MgO粒子在多次可再生过程中出现烧结现象及晶体的物理聚集导致的粒径增加，保证了MgO可再生化过程中活性位点的存在，维持了MgO材料对重金属离子优秀的吸附能力。
[0024]本专利技术进一步提供了上述碳酸钙和纳米氧化镁复合材料的一种应用方法，其为将该复合材料应用于重金属吸附上。
[0025]本专利技术的制备方法采用水热共沉淀
‑
煅烧法制备，在向醋酸钙和醋酸镁的混合水溶液中滴加NaOH和Na2CO3的混合溶液后，通过共沉淀反应，体系出现白色絮状沉淀，使沉淀分散良好后，加入有机粘合剂进行粘合，其后静置分离后通过研磨、煅烧，即可以得到复合碳酸钙
‑
纳米氧化镁材料。
[0026]本专利技术的制备方法具有水热法和共沉淀法的双重优点，其中，部分醋酸镁与碳酸钠反应生成碳酸镁沉淀，碳酸镁沉淀进一步与水发生水热反应产生氢氧化镁。在水热反应中，水作为溶剂、矿化剂和压力传递介质，通过参与透析反应和调节物理化学元素形成无机产物，其既可以制备单组分微晶，也可以制备双组分特种复合粉体，可克服其他高温制备方法无法避免的硬团聚问题，同时更容易控制纳米级MgO的尺寸和形态；在均相沉淀中，沉淀剂可稳定地释放到含Mg
2+
的溶液中，均匀分散的过饱和结晶离子将形成均匀致密的纳米级MgO前驱体，使其尺寸小、分布窄、团聚少，制备出的纳米氧化镁具有高比表面积和高活性。
[0027]本专利技术制备得到的碳酸钙和纳米氧化镁复合材料具有高比表面积、高活性，良好的抗团聚性，并可在碳化/煅烧的再生循环中保持良好的吸附能力和吸附容量。
附图说明
[0028]图1为对实施例所得样品与纳米MgO样品的XRD谱图。
[0029]图2为MgO样品的SEM图像。
[0030]图3为实施例所得Mg
95
Ca5样品的SEM图像。
[0031]图4为实施例所得Mg
90
Ca
10
样品的SEM图像。
[0032]图5为实施例所得Mg
85
Ca
15
样品的SEM图像。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸钙和纳米氧化镁复合材料的制备方法，其特征在于，其包括：(1)将醋酸钙和醋酸镁的混合水溶液与氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液进行混合，得到沉淀分散液；(2)向所述沉淀分散液中加入聚乙二醇，进行粘合反应，其后在室温下静置陈化，得到前驱体悬浮液；(3)将所述前驱体悬浮液进行固液分离，将所得固体在洗涤、干燥后研磨成粉，其后将所得粉体在500～700℃进行空气煅烧，得到所述碳酸钙和纳米氧化镁复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸钙和所述醋酸镁中镁和钙的摩尔比为(9.5～8):(0.5～2)；和/或，醋酸钙和醋酸镁的总摩尔量与氢氧化钠和碳酸钠的总摩尔量之比为(0.01～1):(1～5)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.25mol
·
L
‑1；和/或，碳酸钠的浓度为0.5mol
·
L
‑
1。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟振发，吴灿，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：