一种新型吸附剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种新型吸附剂、制备方法及其应用，所述的吸附剂为多孔状磷酸氧铁微米球，形貌为蜂巢状多孔的微米球，其粒径为18-25微米。本发明专利技术与现有技术相比，用了简单的水热方法，铁源为单质三氯化铁，反应的温度和时间都比较短，更利于工业大范围生产。将本发明专利技术制得的磷酸氧铁微米球在染料吸附和重金属离子吸附生产中，与现有技术相比，由于其表面多孔结构，比表面积大，孔径大，在常温和常压下就能很好的吸附许多种染料和重金属离子，重复使用性好，工业使用价值高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳米材料、制备方法及其应用，特别涉及三元化合物磷酸氧铁多孔微米球、制备方法及其应用。
技术介绍
近年来由于工业的快速发展，重金属离子及有机污染物导致的水污染已经对人类健康和生物生存构成了严重的威胁。在水处理中，常用吸附法来深度净化水质。传统的吸附剂包括活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、吸附树脂等，但这些吸附剂分别存在价格昂贵、吸附容量不高、适用PH值范围较窄、机械强度低等问题，使得它们的应用范围受到限制。如何寻找新型的性能优良的吸附剂是目前水处理领域亟待解决的一大课题。在现代工业中，有机染料被广泛地应用于染色工艺如纸张、塑料、纺织品、食品、化妆品的染色等。其工业废水中也含有多种有机物和有毒物质，同时染料的颜色能抑制阳光在水中的透射，降低水体绿色植物的光合作用，从而破坏了水中的生态平衡，引起了严重的环境问题。为了解决工农业生产带来的环境污染问题，有文献报道，采用钛掺杂的磁铁矿作为吸附剂可去除水中的亚甲基蓝(地学前缘，2008，15，151-154)，吸附30分钟后达到吸附平衡，其吸附率约为91 %。 虽然吸附效率较高，但是达到吸附平衡的时间较长。也有人采用壳聚糖作为吸附剂(光谱学与光谱分析，2005，25，698-700)，可在20分钟内高效率地吸附有机染料番红花红T，但由于其受PH影响比较大，故在实际运用中应根据具体的水质特征来确定适用条件。此外，在众多环境污染中，重金属由于自身不能被自然降解，进而易通过食物链进入人体，严重危害人类的健康。Cu2+、Cd2+被认为是水资源中主要的重金属污染物，寻找能有效地从水资源中去除它们的材料显得尤为重要。金属氧化物和活性炭常具有优良的吸附能力，因而在环境治理中可作为重金属离子的吸附剂。如分等级的纳米片组装的α-Fe2O3CJ. Phys. Chem. C.， 2008，112,6253-6257)在60分钟内，能够移除水中大约50%的污染物。最近，一些非传统的吸附剂对重金属离子吸附也表现出了良好的吸附能力。文献报道利用氯化锌活化的橄榄石制备的活性炭(Bioresource Technology.，2008，99，492-501)对Cd2+离子的吸附能力为 0. 68mg/g，达到最大饱和吸附量的时间为90分钟，吸附的容量比较低。我们课题组合成的 Ni12P5(CryStEngComm，2010，12，1568-1575)对 Cd2+ 的吸附容量为 3. 05mg/g,吸附的时间为 30分钟，比传统吸附剂的吸附能力有明显的增强。氢氧化铝对重金属离子吸附(光谱实验室，2010，27，498-412)的研究表明，在初始浓度达到一定值时，大概在4小时，Cd2+离子达到吸附平衡，吸附能力为4. 80mg/g，虽然吸附容量比较大，但是达到吸附平衡的时间长。利用污泥吸附重金属离子铜、锌、镉的研究中(广东化工，2010，3，207-209)，污泥对Cu2+离子的选择性很高，吸附15分钟，铜离子的吸附效率就达到了 94. 3%，吸附容量为22. 47mg/g(吸附前Cu2+离子浓度为50mg/l)。一般来说，在实际应用中起始的重金属离子的浓度是非常低的。因此，对于选择合适的吸附剂来说，在低浓度下移除重金属离子的能力是一种更好的标准。中国专利CN 1M4347公开了一种用335型弱碱性阴离子交换树脂处理酞菁绿废水中铜的方法，工艺简单，投资少，见效快，但是预处理的过程比较繁琐，重复利用率不高。中国专利CN 101890337A公开了一种金属离子纳米吸附剂，对镉离子的吸附效率达到了 99%， 吸附的时间为30分钟，但吸附的容量不大，因而难以实现大规模的使用。上述文献和专利中报导的吸附剂只能单一地吸附染料或重金属离子。
技术实现思路
本专利技术第一个目的在于提供一种能够同时吸附染料及重金属离子的新型吸附剂。本专利技术的第二个目的在于上述吸附剂的制备方法本专利技术的第三个目的是上述吸附剂的应用。本专利技术解决的第一个专利技术目的的技术方案为一种新型吸附剂，所述的吸附剂为多孔状磷酸氧铁微米球，形貌为蜂巢状多孔的微米球，其粒径为18-25微米。所述的新型吸附剂的制备方法为将可溶性磷源，可溶性铁盐及还原剂溶于蒸馏水中，搅拌均勻后，升温100-180°C，反应2-20小时，冷却至室温，用无水乙醇和去离子水洗涤数次，在真空干燥箱中50-60°C干燥至恒重，即可。可溶性铁盐、还原剂、可溶性磷源的摩尔比1 1-10 3-5。所述的可溶性铁盐为三氯化铁，硫酸铁，硝酸铁，其化学式分别为FeCl3. 3H20、 Fe2(SO4)3^Fe (NO3)3. 9H20。所述的还原剂为尿素CO(NH2)2。所述的磷源为 Νει2ΗΡ04、K2HPO4, (NH4) 2ΗΡ04。本专利技术所制得的多孔状磷酸氧铁微米球在对染料吸附和重金属离子吸附方面的应用。在一定温度及水中，在还原剂作用下，可溶性的铁盐与磷酸氢盐，发生氧化还原反应生成磷酸氧铁的微米球。用适量还原剂作为结构导向剂，碱金属的磷酸氢盐在化学反应中提供磷源。在发生反应时，在还原剂作为结构导向剂作用下，生成晶核，进一步共聚成微米球，由于气体在球形表面的作用，结构导向剂的辅助，所以生成多孔状的磷酸氧铁微米球。此外，过量或过少的磷酸氢盐能较大地改变体系的剩余的离子种类，过量的可溶性的铁盐并不能完全与磷酸氢盐结合，温度较低不能够使反应物完全参与反应，都会不利于磷酸氧铁多孔微米球的形成。本专利技术与现有技术相比，用了简单的水热方法，铁源为单质三氯化铁，反应的温度和时间都比较短，更利于工业大范围生产。将本专利技术制得的磷酸氧铁微米球在染料吸附和重金属离子吸附生产中，与现有技术相比，由于其表面多孔结构，比表面积大，孔径大，在常温和常压下就能很好的吸附许多种染料和重金属离子，重复使用性好，工业使用价值高。本专利通过简单的水热法合成的多孔状磷酸氧铁微米球不仅可以吸附有机染料也可以很好地吸附重金属离子，其中吸附亚甲基蓝染料3分钟，吸附效率就达到了 94. 81 % ； 30分钟内，Cd2+浓度由吸附前的10mg/L下降为1. 25mg/L，Cu2+离子浓度由吸附前的10mg/L 下降为0. 6mg/L。经计算，此吸附剂对Cd2+的吸附容量为21. 9mg/g，对Cu2+离子的吸附容量为23. 5mg/g。并且吸附50min分钟后，二种离子的浓度几乎不变，意味着吸附达到饱和即达到吸附平衡的时间比较短。此时，Cd2+和Cu2+的吸附效率分别是97. 13%和97.81%。表明本专利合成的多孔状磷酸氧铁微米球有较好的选择性吸附重金属的能力；循环5次后，Cu2+ 的移除效率仍然保持为74%、Cd2+为92%。目前的吸附剂在文献和专利中均未见报道。作为一种新型的吸附剂，此材料制备方法简单，成本低廉，吸附效果好，可循环使用，在水污染治理上有较好的应用前景。附图说明图1为实施例1所得微米球的X-射线粉末衍射图。图2为实施例1所得微米球的能谱图(EDS)。图3为实施例1所得微米球的扫描电子显微镜(SEM)照片。图4为实施例2所得微米球的扫描电子显微镜(SEM)照片。图5为实施例3所得微米球的扫描电子显微镜(SEM)照片。图6为实施例4所得微米球的扫描电子显微镜(SEM)照片。图7为实施例1所得微米球吸附染料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新型吸附剂，其特征在于：所述的吸附剂为多孔状磷酸氧铁微米球，形貌为蜂巢状多孔的微米球，其粒径为１８－２５微米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪永红，周晓丽，王星星，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：34