镁铝二元水滑石的焙烧产物在吸附处理萘酚绿B中的应用

摘要

本发明提供了镁铝二元水滑石在吸附处理水体中萘酚绿B中的应用。所述应用是以镁铝二元水滑石于400～600℃下焙烧4～7h得到的焙烧产物用于吸附水体中的萘酚绿B，所述镁铝二元水滑石通式为：[Mg

说明书

(一)技术领域

本发明涉及镁铝二元水滑石的焙烧产物在吸附处理萘酚绿B中的应用。

(二)背景技术

染料工业是化学工业中产生污水较多的行业，生产以及使用中排放的废水一直是难以有效解决的问题。染料废水具有高COD、高色度、有机成分复杂、化学性质稳定、微生物降解程度低等特点，采用絮凝以及生物氧化法往往不能达到满意的效果。萘酚绿B作为一种常用的有机染料多用于羊毛和一些化纤织物的染色。萘酚绿B具有良好的水溶性，分子中的萘环是较稳定的基团，不易被氧化降解。因此，萘酚绿B被认为是一种可溶性的难降解的有机物。

吸附法作为高效低耗的分离过程，在溶液的溶质分离中显示出显著的优越性，适合于废水中萘酚绿B的脱除。但是，天然的一些吸附材料一般对萘酚绿B的吸附容量偏低，所以人工合成高效吸附材料成为当前材料和环境修复研究的热点。

水滑石类化合物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)，由带正电的金属氢氧化物层板与可交换的层间阴离子组成，其化学通式为：[M²⁺_(1-x)M³⁺_x(OH)₂](A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺＝Mg²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等二价金属离子；M³⁺＝Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺等三价金属离子；x为M³⁺/M²⁺的摩尔比，通常在0.2～0.33之间；A^n-为插层阴离子，如：CO₃^2-、NO₃^-、Cl^-、OH^-、SO₄^2-、PO₄^3-、C₆H₄(COO^-)₂等无机和有机阴离子；m为结晶水数目。水滑石类化合物经过焙烧具有比较大的比表面，同时存在特殊的结构记忆效应，使得它对于阴离子废水的处理有着较好的应用前景。

现有的技术中有二元水滑石的焙烧产物用于吸附废水中的重金属阳离子离子及含有重金属的阴离子的介绍(CN1962046A)，目前还未见有镁铝二元水滑石的焙烧产物用于吸附处理水体中萘酚绿B的报道。

(三)发明内容

为了克服现在技术中萘酚绿B处理效率低以及容易引起二次污染等缺点，本发明提供了镁铝二元水滑石在吸附处理水体中萘酚绿B中的应用。

本发明采用的技术方案是：

镁铝二元水滑石的焙烧产物在吸附处理萘酚绿B中的应用，所述应用是以镁铝二元水滑石于400～600℃下焙烧4～7h得到的焙烧产物用于吸附水体中的萘酚绿B，所述镁铝二元水滑石通式为：[Mg²⁺_(1-x)Al³⁺_x(OH)₂](CO₂^2-)_x/2·mH₂O，式中：x为Al³⁺/(Mg²⁺+Al³⁺)的物质的量之比，0.2<x<0.4，m为结晶水数目，通常在2～6之间，对于Mg/Al物质的量比为3的镁铝二元水滑石，其m＝4。

优选的，所述镁铝二元水滑石通式为：[Mg²⁺_0.75Al³⁺_0.25(OH)₂](CO₂^2-)_0.125·4H₂O。

具体的，所述应用为：将所述镁铝二元水滑石的焙烧产物投入含有萘酚绿B的水体中，调节水体pH为8～12，于40～65℃下进行吸附处理1～5h去除水体中的萘酚绿B；所述镁铝二元水滑石的焙烧产物质量用量为水体中萘酚绿B质量的4～10倍。

处理过程中，采用恒温水浴控温，用0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl调节溶液的pH值。

所述镁铝二元水滑石可采用常规方法获得，本发明采用双滴共沉淀法，具体如下：按照镁铝二元水滑石组成中Mg²⁺、Al³⁺、OH^-和CO₂^2-物质的量配比，将Mg(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O配制成溶液A、NaOH和Na₂CO₃配制成溶液B，然后将溶液A和溶液B于搅拌下同时滴加至去离子水中，恒温30℃下保持混合液pH在8～10之间，滴加完毕继续搅拌0.5～2h，于50～100℃晶化10～25h，离心，打浆洗涤至中性，50～100℃干燥10～25h制得所述镁铝二元水滑石。

向待处理的萘酚绿B废液中加入一定量的镁铝二元水滑石焙烧产物，搅拌一定时间后，取混合液离心分离，取上清液分析萘酚绿B的浓度。

萘酚绿B浓度的测定采用可见光分光光度法。

材料对溶液中萘酚绿B的吸附量Q用式(1)计算，即

Q＝(C₀-C_t)V/M         (1)

材料对溶液中萘酚绿B的去除率η用式(2)计算，即

η＝C_t/C₀           (2)

其中，C₀和C_t分别为起始的和处理后溶液萘酚绿B的浓度，V为溶液的体积，M为吸附剂的质量。

本发明中所采用的镁铝二元水滑石焙烧产物对水体中的萘酚绿B有很高的吸附容量，如在下述条件下进行吸附时，吸附容量可以达到194mg/g，明显优于一般的吸附材料：投放的吸附材料的质量为100mg，处理萘酚绿B的浓度为200mg/L溶液100ml，控制溶液pH值为10，温度为45℃，吸附时间为2h。

吸附萘酚绿B后的吸附材料可在300～500℃马弗炉中焙烧2～5h再生，脱附效率仍然可以达到96％。

本发明的有益效果主要体现在：以镁铝二元水滑石的焙烧产物用于吸附废水溶液中的萘酚绿B，吸附容量高，吸附速率快，吸附后的材料容易回收利用。

(四)附图说明

图1是实施例1～8中吸附容量与吸附时间的关系图。

图2是实施例9～13中吸附容量与pH的关系图。

图3是实施例14～19中吸附容量与温度的关系图。

图4是实施例20～24中去除率与水滑石焙烧物添加量的关系图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

镁铝二元水滑石的焙烧产物制备：

将0.15molMg(NO₃)₂·6H₂O150mL和0.05molAl(NO₃)₃·9H₂O 150mL配制成溶液A，将0.4molNaOH 150mL和0.025molNa₂CO₃ 150mL配制成溶液B，然后将溶液A和溶液B分别滴加到100mL的去离子水中，保持2滴/秒的滴加速度，恒温30℃，强烈搅拌，保持pH在8～10之间，滴加完毕继续搅拌2h，于55℃晶化20h，离心，打浆洗涤至中性，80℃干燥18h制得镁铝二元水滑石。

上述制得的镁铝二元水滑石在500℃下焙烧5h得到相应的焙烧产物。

实施例1～8：

准备8份萘酚绿B浓度为200mg/L的100ml的废水，称取8份100mg的镁铝水滑石焙烧产物，分别加入待处理的含萘酚绿B浓度为200mg/L的废水中，以0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl控制pH值为10，温度为45℃，搅拌时间分别为20、40、60、80、100、120、140、160min。搅拌后，离心分离，取上清液测定吸附后的溶液浓度，材料对萘酚绿B的吸附量随时间的变化情况见图1。

结论：在100ml，浓度为200mg/L的萘酚绿B废水溶液中，加入100mg镁铝水滑石焙烧产物，在pH值为10，温度为45℃的条件下，在100min后达到吸附平衡。

实施例9～13：

准备5份萘酚绿B浓度为200mg/L的100ml废水，称取5份100mg的镁铝水滑石焙烧产物，分别加入待处理的浓度为100mg/L的萘酚绿B废水中，控制温度为45℃，以0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl调节pH分别为4、6、8、10、12，搅拌时间为120min，搅拌后，离心分离，取上清液测定吸附后的溶液浓度。材料对萘酚绿B的吸附量随pH的变化情况见图2。

结论：在100ml的浓度为200mg/L的萘酚绿B废水溶液中加入100mg镁铝水滑石焙烧产物，温度为45℃，在不同的pH条件下吸附，当pH＝10时，吸附量最大，可达到194mg/g。

实施例14～19：

准备六份萘酚绿B浓度为200mg/L的废水100ml，称取六份100mg的镁铝水滑石焙烧产物，分别加入待处理的浓度为100mg/L的萘酚绿B废水中，以0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl控制pH＝10，温度分别为25、35、45、55、65、75℃。搅拌后，搅拌时间为120min，离心分离，取上清液测定吸附后的溶液浓度，得到材料对萘酚绿B的吸附量随温度的变化情况见图3。

结论：在100ml的浓度为200mg/L的萘酚绿B废水溶液中加入100mg镁铝水滑石焙烧产物，pH＝10，在不同温度下吸附，当温度为45℃时，吸附量最大，可达到194mg/g。

实施例20～24：

准备五份萘酚绿B浓度为200mg/L的100ml废水，称取50、75、100、150、200mg的镁铝水滑石焙烧产物，分别加入待处理的浓度为200mg/L的萘酚绿B废水中，以0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl控制pH＝10，温度分别为45℃，搅拌时间为120min。搅拌后，离心分离，取上清液测定吸附后的溶液浓度，得到材料对萘酚绿B的去除率见图4。

结论：在100ml的浓度为200mg/L的萘酚绿B废水溶液中加入不同质量镁铝水滑石焙烧产物，pH＝10，温度为45℃的条件下对萘酚绿B进行吸附，添加量达到100mg时去除率已经达到最高为97％。

实施例25：

将吸附萘酚绿B后的吸附材料进行热重分析，得到所需的焙烧温度，将吸附后的材料在500℃下焙烧5h，称取回收后的材料100mg，加入待处理的浓度为200ml/L的萘酚绿B废水中，以0.01mol/L的NaOH和0.01mol/L的HCl控制pH＝10，温度为45℃，搅拌时间为120min。搅拌后，离心分离，取上清液测定吸附后的溶液浓度，得到材料对萘酚绿B的吸附量仍高达184mg/g。