水滑石磁鐵礦複合水處理材料的製作方法
2023-12-04 15:03:26 2
水滑石磁鐵礦複合水處理材料的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種催化降解處理廢水的水滑石磁鐵礦複合水處理材料。採用如下方法製備而來：將NaOH、Na2CO3的混合鹼溶液與Mg(NO3)2、Al(NO3)3的混合鹽溶液在pH值10-11條件下混合攪拌得到混合液；將混合液在60-100℃條件下恆溫反應3-5h，陳化、離心、洗滌得到沉澱物；沉澱物中加入磁鐵礦混合，加入乙醇分散，再洗滌、乾燥得到水滑石磁鐵礦複合材料。本發明氧化性強、無選擇性，在去除有機物時起始物質、中間產物都可被去除，對於COD、TOC、總氮、總磷和藻細胞等都有很好的去除效果。複合材料中磁鐵礦非常有利於材料的回收再利用。處理生活汙水、工廠廢水，特別是處理水華現象具有優異的效果。
【專利說明】水滑石磁鐵礦複合水處理材料
【技術領域】
[0001] 本發明屬於水處理【技術領域】，具體涉及一種用於催化降解處理廢水的水滑石磁鐵 礦複合材料。
【背景技術】
[0002] 傳統的汙水處理採用的是生物法，其為目前使用的成本低且處理效率較高的處理 技術，主要用於處理可生物去除的生活汙水，但是不適用於去除含有大量難去除的有機汙 染物W及具有生物毒性的汙染物。近些年，基於利用生成?OH該一無汙染、強氧化性的高級 氧化技術得到的廣泛關注。
[0003] 高級氧化法最顯著的特點是W ? OH為主要氧化劑，在去除有機汙染物的過程中攻 擊有機物生成有機自由基，其可W繼續參加? OH的鏈式反應，或者生成有機過氧化物自由 基，進一步發生氧化分解反應去除為最終產物C〇2和&0,從而氧化分解有機物。均相化nton 反應是最典型的高級氧化技術，其實質是利用化"和&〇2之間鏈式反應催化生成'OH,其具 有較強的氧化能力，其電子親和能力達569. 3kJ，具有很強的加成反應特性，而且具有很高 的電負性或親電性可W無選擇性地氧化各類汙染物，均相化nton體系產生大量的含鐵汙 泥，因而處理成本高且造成二次汙染，此外，對過氧化氨的利用率低，該些缺點限制了均相 體系的進一步應用。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在於克服現有技術的不足，提供一種新型的水處理材料。
[0005] -種水滑石磁鐵礦水處理複合材料，採用如下方法製備而來：
[000引 1)將化0H、化的混合鹼溶液與Mg (N03) 2、A1 (N03) 3的混合鹽溶液在抑值10-11 條件下混合攬拌得到混合液；
[0007] 2)將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離也、洗塗得到沉澱物；
[0008] 3)沉澱物中加入磁鐵礦混合，加入己醇分散，再洗塗、乾燥得到水滑石磁鐵礦複合 材料。
[0009] 按上述方案，所述化地、化2〇)3的混合鹼溶液中兩者的摩爾比為1?2:1。
[0010] 按上述方案，所述Mg (N03) 2和Al (N03) 3混合鹽溶液中兩者的摩爾比為2?4:1。
[0011] 按上述方案，所述化0H、化2〇)3摩爾總量與Mg(N〇3)2和A1(N03)3的摩爾總量之比 為1?3:1。
[0012] 按上述方案，所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料用於處理生活汙水、工廠廢水。
[0013] 按上述方案，所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料用於處理水華現象。
[0014] 而將鐵負載於固體介質的異相化nton體系則能有效地避免均相體系的缺點，本 發明用到的鐵源磁鐵礦是天然的含鐵礦石，來源廣泛價格低廉；異相體系的關鍵是尋找到 合適的負載介質。水滑石典型的化學組成是MgeALs (OH) 16〇)3,結構類似於水鎮石Mg (OH) 2,由 MgOe八面體共用稜形成單元層.層上的Mg"部分被Al3+同晶取化該樣由Mg"、Al3\〇H-構 成的單元層扳帶有正電荷，層間存在可交換的陰離子CO/-和一定數目的水分子W平衡電 荷.使結晶整體呈電中性。在水汙染控制中作為高效陰離子吸收劑和催化劑載體具有獨特 的優勢。作為吸附劑，水滑石具有結構正電荷，具有較大的比表面積和外層空間，其較高 的陰離子交換容量，對環境中呈絡陰離子形式存在的的50/\化〇4 2^和正磯酸鹽等都有很 強的吸附能力。而水體中絕大部分汙染物都是W負離子形式存在，例如水體中氮主要是W NCV形式存在，磯是W正磯酸根離子（HsPCV, HPO/^ PO/^, ?3〇1。氣形式存在，水華現象的元 兇藻類細胞也是帶負電的。因此，利用水滑石做載體能夠很好的捕集水體中的汙染物。
[0015] 本發明將含鐵礦石磁鐵礦負載在水滑石上，再外加&〇2和自然光，自構建光助固 定化化nton體系。利用水滑石的結構正電荷、-OH的強氧化性W及過程中形成的化的 混凝作用，該種一體化的禪合技術實現了天然礦物資源和太陽能的充分有效利用，為廢水 的徹底高效分解提供了新的原理和方法。
[0016] 本發明的有益效果：
[0017] 所用的原材料水滑石和磁鐵礦是天然礦物，價格低廉，來源廣泛，利用其製備的復 合材料，過程簡單，又是環境友好型材料，不會對環境不會造成二次汙染。
[0018] 應用過程中產生的-OH氧化能力強，? OH的標準電極電位為2. 80V，遠遠高於其他 化學試劑的氧化性；
[0019] 應用過程中產生的? OH選擇性小、反應速率快，? OH與不同有機物的反應速率常 數相差很小，當汙水中存在多種有機物時不會選擇性地去除某一類物質，同時反應速率很 快；
[0020] 處理效果好，由於其氧化性強、無選擇性，所W在去除有機物時無論是起始物質或 是中間產物都可被輕基自由基去除，對於COD、T0C、總氮、總磯和藻細胞等都有很好的去除 效果。
[0021] 本發明製備的複合材料中磁鐵礦含磁性，因而，製備的複合材料也帶有磁性，非常 有利於材料的回收再利用。
【具體實施方式】
[0022] W下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護範圍的限制。
[0023] 本發明水滑石磁鐵礦水處理複合材料，製備過程如下：
[0024] 1)將一定量的化地、化2〇)3的混合鹼溶液與一定量的Mg (N03) 2、A1 (N03) 3的混合鹽 溶液在抑值10-11條件下混合攬拌得到混合液；
[00巧]2)將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離也、洗塗得到沉澱物；最好 洗塗到抑值為中性。
[0026] 3)沉澱物中加入磁鐵礦混合，加入己醇分散，再洗塗、乾燥得到水滑石磁鐵礦複合 材料。磨細備用。
[0027] 優化地，化0H、化2〇)3的混合鹼溶液中兩者的摩爾比為1?2:1。
[002引優化地，所述Mg (N03) 2和Al (N03) 3混合鹽溶液中兩者的摩爾比為2?4:1。
[0029] 優化地，所述化0H、化2〇)3摩爾總量與Mg(N〇3)2、Al (N03)3的摩爾總量之比為1? 3:1。
[0030] 所用的原材料水滑石和磁鐵礦是天然礦物，價格低廉，來源廣泛，利用其製備的復 合材料，過程簡單，又是環境友好型材料，不會對環境不會造成二次汙染。應用過程中產生 的-OH氧化能力強，? OH的標準電極電位為2. 80V，遠遠高於其他化學試劑的氧化性。應用 過程中產生的? OH選擇性小、反應速率快，? OH與不同有機物的反應速率常數相差很小，當 汙水中存在多種有機物時不會選擇性地去除某一類物質，同時反應速率很快。利用水滑石 的結構正電荷、? OH的強氧化性W及過程中形成的化的混凝作用，該種一體化的禪合技 術實現了天然礦物資源和太陽能的充分有效利用，為廢水的徹底高效分解提供了新的原理 和方法。且由於複合材料中磁鐵礦含磁性，製備的複合材料也帶有磁性，非常有利於材料的 回收再利用。
[0031] 本發明水滑石磁鐵礦複合材料可W用於處理生活汙水、工廠廢水。應用處理效果 好，由於其氧化性強、無選擇性，所W在去除有機物時無論是起始物質或是中間產物都可被 輕基自由基去除，對於COD、T0C、總氮、總磯和藻細胞等都有很好的去除效果。
[0032] 本發明水滑石磁鐵礦複合材料用於處理水華現象具有特別優異的效果。水華現象 的元兇藻類細胞是帶負電的，利用本發明水滑石做載體能夠很好的捕集水體中的汙染物。
[0033] 實施例1
[0034] 按照Mg (N03) 2、A1 (N03) 3的摩爾總量之比2稱取4. Sg的化0H、12. 7g的化2〇)3溶於 150ml的蒸觸水中配成混合鹼溶液，稱取15.知的Mg (N03) 2和11. 3g的Al (N03) 3溶於150ml 的蒸觸水配成混合鹽溶液，將混合鹼溶液和混合鹽溶液在抑值10-11條件下混合攬拌得到 混合液；混合過程最好為滴加。將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離也、洗 塗得到沉澱物；沉澱物中加入2g磁鐵礦混合，加入2ml 95%己醇分散，再洗塗、6(TC乾燥得 到水滑石磁鐵礦複合材料。
[00巧]本實施例所得水滑石磁鐵礦複合材料降解銅綠微囊藻。稱取0. 125g的水滑石磁 鐵礦複合材料加入到250ml質量濃度為lmg/L( W藻細胞中葉綠素a質量濃度計）的銅綠 微囊藻藻息浮液中，在光照條件下攬拌並通空氣，每隔Ih取樣測銅綠微囊藻中葉綠素a的 濃度。結果表明，隨著時間的推移，銅綠微囊藻的濃度不斷下降，化後，水滑石對微囊藻的降 解率達到85%。
[0036] 本實施例所得水滑石磁鐵礦複合材料降有機物甲基紫和腐植酸。稱取0. 125g的 水滑石磁鐵礦複合材料分別加入到250ml的200mg/L的甲基紫和lOmg/L的腐植酸溶液中， 每隔20min取樣測其吸光度，根據標準曲線計算其對應濃度。實驗結果表明，在化時，水滑 石磁鐵礦複合材料對腐植酸的去除率已經高達97%，對甲基紫的去除率也高達87%。
[0037] 本實施例所得水滑石磁鐵礦複合材料對無機物的去除。分別配製濃度為5mg/L 的氮標準溶液溶液和0. 5mg/L的磯標準溶液250mU並置於兩個錐形瓶中，向錐形瓶中加入 0. 25g水滑石磁鐵礦複合材料，在光催化條件下進行反應化，每20min取樣，離也，取上清液 分別用《水質總氮的測定鹼性過硫酸鍾消解紫外分光光度法》師11894-89)和《水質總磯 的測定鋼酸饋分光光度法》（GB11893-89)方法進行測定總氮和總磯的濃度。結果表明，水 滑石磁鐵礦複合材料反應化後，總氮去除率為73%，總磯去除率為88%，因此水滑石磁鐵 礦複合材料可W很好地控制水體富營養化。
[00測 實施例2
[00測按照Mg(N03)2、Al (N03)3的摩爾總量之比2. 5稱取4. Sg的化0H、12. 7g的化20)3 溶於150ml的蒸觸水中配成混合鹼溶液，稱取19. 3g的Mg (N03) 2和11. 3g的Al (N03) 3溶於 150ml的蒸觸水配成混合鹽溶液，將混合鹼溶液和混合鹽溶液在抑值10-11條件下混合攬 拌得到混合液；混合過程最好為滴加。將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離 也、洗塗得到沉澱物；沉澱物中加入2g磁鐵礦混合，加入2ml 95%己醇分散，再洗塗、6(TC 乾燥得到水滑石磁鐵礦複合材料。
[0040] 實施例3
[00川按照Mg(N03)2、Al (N03)3的摩爾總量之比3稱取4. Sg的化0H、12. 7g的化20)3溶於 150ml的蒸觸水中配成混合鹼溶液，稱取23. Ig的Mg (N03) 2和11. 3g的Al (N03) 3溶於150ml 的蒸觸水配成混合鹽溶液，將混合鹼溶液和混合鹽溶液在抑值10-11條件下混合攬拌得到 混合液；混合過程最好為滴加。將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離也、洗 塗得到沉澱物；沉澱物中加入2g磁鐵礦混合，加入2ml 95%己醇分散，再洗塗、6(TC乾燥得 到水滑石磁鐵礦複合材料3號。
[004引 實施例4
[004引按照Mg (N03) 2、Al (N03) 3的摩爾總量之比3. 5稱取4. Sg的化0H、12. 7g的化20)3 溶於150ml的蒸觸水中配成混合鹼溶液，稱取27. Og的Mg (N03) 2和11. 3g的Al (N03) 3溶於 150ml的蒸觸水配成混合鹽溶液，將混合鹼溶液和混合鹽溶液在抑值10-11條件下混合攬 拌得到混合液；混合過程最好為滴加。將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離 也、洗塗得到沉澱物；沉澱物中加入2g磁鐵礦混合，加入2ml 95%己醇分散，再洗塗、6(TC 乾燥得到水滑石磁鐵礦複合材料。
[0044] 實施例5
[004引按照Mg (N03) 2、A1 (N03) 3的摩爾總量之比4稱取4. Sg的化0H、12. 7g的化20)3溶於 150ml的蒸觸水中配成混合鹼溶液，稱取30.地的Mg (N03) 2和11. 3g的Al (N03) 3溶於150ml 的蒸觸水配成混合鹽溶液，將混合鹼溶液和混合鹽溶液在抑值10-11條件下混合攬拌得到 混合液；混合過程最好為滴加。將混合液在60-10(TC條件下恆溫反應3-化，陳化、離也、洗 塗得到沉澱物；沉澱物中加入2g磁鐵礦混合，加入2ml 95%己醇分散，再洗塗、6(TC乾燥得 到水滑石磁鐵礦複合材料。
[0046] 參照實施例1中的表徵方法，實施例1-5所得水滑石磁鐵礦複合材料的表徵數據 如表1所不：
[0047] 表1實施例1-5性能表徵
[0048]
【權利要求】
1. 一種水滑石磁鐵礦水處理複合材料，其特徵在於採用如下方法製備而來： 1) 將NaOH、Na2C03的混合鹼溶液與Mg (N03) 2、A1 (N03) 3的混合鹽溶液在pH值10-11條 件下混合攪拌得到混合液； 2) 將混合液在60-100°C條件下恆溫反應3-5h，陳化、離心、洗滌得到沉澱物； 3) 沉澱物中加入磁鐵礦混合，加入乙醇分散，再洗滌、乾燥得到水滑石磁鐵礦複合材 料。
2. 如權利要求1所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料，其特徵在於所述NaOH、Na2C03的 混合鹼溶液中兩者的摩爾比為1?2:1。
3. 如權利要求1所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料，其特徵在於所述Mg(N03)2和 A1(N03)3混合鹽溶液中兩者的摩爾比為2?4:1。
4. 如權利要求1所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料，其特徵在於所述NaOH、Na2C03摩 爾總量與Mg(N0 3)dPAl(N03)3的摩爾總量之比為1?3:1。
5. 權利要求1所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料用於處理生活汙水、工廠廢水。
6. 權利要求1所述水滑石磁鐵礦水處理複合材料用於處理水華現象。
【文檔編號】C02F1/72GK104261547SQ201410532420
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】陳金毅, 喻杏元, 李晶, 王玉榮, 何欣, 王婷 申請人:武漢工程大學