一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂及其制备方法和应用。具体步骤如下：先利用酸改性溶液预处理活性炭纤(ACF)，洗涤直到滤液的pH值为6.50

【技术实现步骤摘要】
一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂及其制备方法和应用，属于医疗废水、生活废水高效去除环丙沙星(CIP)及新型复合材料及制备领域。

技术介绍

[0002]抗生素是一类干扰生活细胞发育功能的次级代谢产物，具有抵抗病原微生物和其他活性的功能。这些药物进入体内后，一部分未经代谢就随体液直接排进污水排放系统，经污水处理厂处理后汇入地表水和地下水，还有大量过期抗生素被随意丢弃，进入水体中产生环境污染，更重要的是会对人类健康和生态安全造成严重威胁。环丙沙星(CIP)作为一种常用且典型的喹诺酮类抗生素药物，其在环境中广泛检出。研究发现CIP是医院中使用频率最高、量最大的一类喹诺酮类抗生素，在水产品中残留的化学物质中CIP的浓度最高。因此，开发高效且具有成本效益的处理技术来去除水环境中的残留的CIP是非常重要的。
[0003]目前，用于处理水中CIP的手段主要有生物法、化学沉淀法、膜分离法、吸附法等。其中生物法会受到污染物浓度的限制，存在动力消耗大、处理成本高和易出现污泥膨胀现象等缺点。相比之下，吸附法是一种相对高效简单的处理手段，既可以作为生物法的补充，也可以作为CIP单独的深度去处方法。与其他技术相比，吸附法表现出更好的性能，因为吸附法采用的吸附剂来源广、成本低，且工艺简单、操作方便、占地面积小、无二次污染。因此，针对废水中CIP的高效去除的吸附剂的开发仍是研究重点。
[0004]活性炭孔隙结构发达，具有超强的吸附能力、化学性质稳定和机械强度高等特点，是处理含抗生素废水最常用的吸附剂之一。活性碳分为粉末活性碳、粒状活性碳(GAC)及活性碳纤维(ACF)，ACF是继粉状与粒状活性碳之后的第三代活性碳产品。与传统的GAC相比，ACF具有以以下优点：(1)ACF的孔分布基本上呈单分散态，主要由小于2.00nm的微孔组成，可能存在少量中孔，无大孔，且孔口直接开口在纤维表面，其吸附质到达吸附位的扩散路径短，纤维直径细，故与被吸附物质的接触面积大，增加了吸附效率，且可均匀接触。(2)ACF的比表面积(1000
‑
3000m2·
g
ˉ1)比GAC(500
‑
1700m2·
g
ˉ1)的更大，吸附、脱附速度更快。(3)ACF更易再生，且可制成纱、布、毡和纸等多种制品，工艺灵活性更大。但是由于ACF表面的官能团有限，因此ACF对CIP的吸附效果有待提高，因此本专利技术提供ACF作为载体，制备具有高吸附能力、循环使用的新型吸附剂。
[0005]近几年来，越来越多的改性层状双金属氢氧化物材料被发现具有很好的吸附效果，层状双金属氢氧化物(LDH)又称水滑石，由二价和三价的金属氢氧化物组成具有层状晶体结构，LDH的化学组成具有可变性，通过改变金属离子及其组成比例，以及层间阴离子的种类、数量、晶体大小，从而得到具有不同物理及化学性质的特殊结构和性能的材料，使LDH成为极具前景的新型多功能材料；LDH的层间阴离子与层板间存在氢键以及较弱的静电作用力，可与外界水溶液中的其他阴离子发生离子交换。一般而言，层间阴离子所带电荷越多，其与层间的亲和力便越大，其在溶液中易与层间阴离子发生离子交换行为进入层间形
成稳固结构；LDH由于其结构中含有OH
ˉ
而呈碱性，其碱性的强弱与层板上二价金属阳离子一致，由于其比表面积一般较小，因此碱性较弱。而其培烧后的产物由于脱水导致其比表面积增大，使碱性位点更多的暴露，碱性也随之增强。LDH还具酸性特征，LDH酸性的强弱不仅与层板上二价、三价金属阳离子的酸性强弱有关，还与层间阴离子有关。作为无机层状粒子的典型代表，在它具有与黏土矿物相似的独特物理和化学性质的同时，还因为有着化学活性好、机械稳定性强、比表面积高以及离子交换性能优良等优点，表现出良好的吸附潜力。然而，单一的LDH容易团聚、水分散性较差的问题导致其吸附抗生素性能较低，因此，LDH的应用受到限制，可对LDH进行改性，使其适用范围更广，有更好的吸附性能。而通过将强度高、耐高温、耐腐蚀的ACF与化学活性好、机械稳定性强、比表面积高以及离子交换性能优良的LDH结合，制备出一种具有较好吸附性的复合材料的方法，可为SMX的吸附去除提供了一种新的方法。
[0006]在改性类水滑石材料吸附抗生素的研究领域中，Baichuan Tang等人通过一步水热合成法制备了多种不同金属组合的水滑石单体吸附剂，筛选发现MgCuZn
‑
LDH吸附剂表现出优异的吸附性能，对初始浓度为100mg
·
g
ˉ1的四环素(TC)的去除率达99.5％，在最开始的2h就已经达到了80％以上的去除率；Yaling Gao等人通过超声辅助共沉淀法制备的Mg/Al/CO3‑
LDH，在最佳实验条件下，60min内，对TC的去除率达到90％以上；Yingrui Huang等人通过共沉淀法制备磁改性镁铝碳酸根型水滑石(Mag
‑
LDO)，在TC溶液pH为5，Mag
‑
LDO的投加量为200mg
·
L
ˉ1，当TC初始浓度越高，Mag
‑
LDO的平衡吸附量也就越高；Yi Song等人通过水热法合成了MgZnAl
‑
CLDH/NiFe2O4，对刚果红和多西环素的最大平衡吸附量分别为480.2296mg
·
g
ˉ1和387.6812mg
·
g
ˉ1。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决单一的层状双金属氢氧化物容易团聚、水分散性较差的问题而提供一种新型的碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂MgFe
‑
LDH/ACF(MFLA)，本专利技术的另一目的是提供上述吸附剂的制备方法，本专利技术还有一目的是提供了上述吸附剂在废水中去除吸附典型的喹诺酮类抗生素CIP的应用。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于该吸附剂由载体和层状双金属氢氧化物组成；其中所述的载体为活性炭纤维ACF，所述层状双金属氢氧化物为镁铁层状双金属氢氧化物；吸附剂中Mg元素的负载质量百分比为20.42
‑
32.95％，Fe
3+
和Mg
2+
的摩尔比为1：(1
‑
4)；吸附剂的总比表面积为1500
‑
1700m2·
g
ˉ1，孔体积为0.55
‑
0.65cm3·
g
ˉ1，平均孔径为1.60
‑
1.90nm，
[0009]本专利技术还提供了一种制备上述的碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂的方法，其具体步骤如下：
[0010](1)载体预处理：将活性炭纤维ACF放入酸改性溶液中搅拌，过滤后用去离子水洗涤直到滤液的pH值为6.50
‑
7.00，真空干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂，其特征在于该吸附剂由载体和层状双金属氢氧化物组成；其中所述的载体为活性炭纤维ACF，所述层状双金属氢氧化物为镁铁层状双金属氢氧化物；吸附剂中Mg元素的负载质量百分比为20.42
‑
32.95％，Fe
3+
和Mg
2+
的摩尔比为1：(1
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4)；吸附剂的总比表面积为1500
‑
1700m2·
g
ˉ1，孔体积为0.55
‑
0.65cm3·
g
ˉ1，平均孔径为1.60
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1.90nm。2.一种制备如权利要求1所述的碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂的方法，其具体步骤如下：(1)载体预处理：将活性炭纤维ACF放入酸改性溶液中搅拌，过滤后用去离子水洗涤直到滤液的pH值为6.50
‑
7.00，真空干燥，得到预处理后的ACF；(2)负载层状双金属氢氧化物：将氯化镁MgCl2和氯化铁FeCl3溶于去离子水中，磁力搅拌至完全溶解后加入尿素得混合溶液，然后将步骤(1)预处理后的ACF加入混合溶液磁力搅拌，再将混合溶液进行水热反应，最后去离子水洗涤直到滤液的pH值为6.50
‑
7.00，真空干燥，制备得到碳基镁铁层状双金属氢氧化物吸附剂MFLA。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述的酸改性溶液为盐酸或硫酸，酸改性溶液的浓度为1.0
‑
2.5mol
·
L
ˉ1；所述的搅拌速度为250
‑
300rpm，搅拌时间为4
‑
8h；所述活性炭纤维ACF的加入质量与酸改性溶液的体积比为15.00
‑
25.00g
·
L
ˉ1；所述的真空干燥温度为60
‑
80℃，真空干燥时间为12
‑
18h。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炎华，萧珊，刘志英，滕月，吴懂，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：