一種利用廢棄ldh再生多孔模板碳材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，包括以下步驟：將吸附了染料的廢棄LDH依次進(jìn)行干燥、粉碎、碳化、酸化洗滌去除金屬氧化物、干燥，得多孔模板碳材料。本發(fā)明以廢棄LDH為原料，通過簡(jiǎn)單的方法制備得到一種具有較大比表面積的模板碳材料，同時(shí)也為解決吸附染料的廢棄LDH的回收利用提供了新途徑，實(shí)現(xiàn)了廢水處理后廢棄的LDH的再資源化，從而有助于推動(dòng)LDH在染料/印染廢水處理中的應(yīng)用。
【專利說明】一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水滑石類層狀化合物是自然界唯一一類陰離子型粘土，一般是由兩種金屬的氫氧化物構(gòu)成，因此又稱為層狀雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,簡(jiǎn)稱LDH)。天然礦物鎂鋁水滑石結(jié)構(gòu)是典型的LDH結(jié)構(gòu)，為一種具有二維模板結(jié)構(gòu)的層狀化合物，單元層由鎂氧八面體共棱組成。由于同晶替代作用，LDH因?qū)娱g易發(fā)生不等價(jià)陽(yáng)離子置換而產(chǎn)生永久性正電荷，可通過在其層間域內(nèi)吸附陰離子達(dá)到電荷平衡，且LDH具有很大的內(nèi)外表面積，因此，水滑石可通過離子交換作用吸附各類有機(jī)和無(wú)機(jī)陰離子，具有較高的離子交換容量和很強(qiáng)的吸附能力。
[0003]由于LDH具有板層組成可調(diào)控、層間陰離子可交換、結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，如吸附工業(yè)有機(jī)染料，尤其被應(yīng)用于染料/印染廢水處理，LDH作為染料/印染廢水的重要吸附新材料日益受到重視。LDH成本低廉，每噸價(jià)格在數(shù)百元，僅為活性炭的10%左右；對(duì)水中陰離子染料吸附性能好，對(duì)常見陰離子染料如橙黃I1、剛果紅等的吸附性能均超過活性炭。在染料/印染廢水處理中，LDH的綜合應(yīng)用成本遠(yuǎn)低于活性炭，但要實(shí)現(xiàn)LDH在染料/印染廢水中的推廣應(yīng)用，還需要解決吸附染料后LDH的資源化利用問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明通過碳化回收利用廢棄的LDH，再生成多孔模板碳材料，實(shí)現(xiàn)吸附染料的LDH的再資源化。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:包括以下步驟:
1)將LDH置于含染料的廢水中，吸附染料完全后得廢棄LDH；
2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后在保護(hù)性氣體保護(hù)下碳化，獲得碳化LDH；
3)碳化LDH經(jīng)酸洗，去除金屬氧化物后，干燥得到多孔模板碳材料。
[0007]進(jìn)一步的，步驟2)所述保護(hù)性氣體選自氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣中至少一種。
[0008]進(jìn)一步的，步驟2)所述碳化為在500?800°C碳化2?5h。
[0009]進(jìn)一步的，步驟3)所述酸洗所采用的酸選自鹽酸、硝酸和硫酸。
[0010]進(jìn)一步的，所述酸洗所采用的酸的體積濃度為6?15%。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明通過將吸附染料后廢棄的LDH為原料，在隔絕空氣條件下碳化，破壞LDH片層結(jié)構(gòu)，分解氧化物顆粒，生成氧化物顆粒-碳材料的三維復(fù)合材料，酸洗去除氧化物顆粒，碳材料的表面暴露，制成具有大比表面積的多孔模板碳材料，為實(shí)現(xiàn)廢棄LDH的再資源化提供了新途徑，有助于推動(dòng)LDH在染料/印染廢水處理中的應(yīng)用，同時(shí)也提供了一種制備多孔模板碳材料的新方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是不同料的X射線衍射光譜圖，LDH表示Mg-Al-LDH，LDH-A07表示吸附染料橙黃II后的廢棄LDH，LDH-C表示碳化的LDH ；
圖2是多孔模板碳材料的掃描電鏡圖，A和B分別為不同放大倍數(shù)的掃描電鏡圖；
圖3是多孔模板碳材料的氮?dú)馕降葴鼐€；
圖4是多孔模板碳材料的孔徑分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此。
[0014]實(shí)施例1:
1)取2g Mg/Al 摩爾比為 4:1 的Mg-Al-LDH投入到 4 L 500 11^凡橙黃11(六(^(1 Orange7，簡(jiǎn)稱A07)的廢水中，攪拌吸附2 h后沉淀2h，廢水變清澈，沉淀下來的LDH為廢棄LDH ；
2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至600°C碳化2h，獲得碳化的LDH ；
3)碳化LDH經(jīng)40mL10% (v/v)的鹽酸溶液攪拌洗滌4 h,重復(fù)4次，干凈后，再用去離子水洗滌至pH ^ 7，抽濾、干燥得到多孔模板碳材料。
[0015]實(shí)施例2:
1)取2gMg/Al摩爾比為4:1的Mg-Al-LDH投入到4 L 500 mg/L剛果紅的廢水中，攪拌吸附2 h后沉淀2h，廢水變清澈，沉淀下來的LDH為廢棄LDH ；
2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至600°C碳化3h，獲得碳化的LDH ；
3)碳化LDH經(jīng)30mL12% (v/v)的鹽酸溶液攪拌洗滌3h，重復(fù)4次，干凈后，再用去離子水洗滌至pH ^ 7，抽濾、干燥得到多孔模板碳材料。
[0016]實(shí)施例3:
1)取2gMg/Al摩爾比為3:1的Mg-Al-LDH投入到4 L 400 mg/L橙黃II的廢水中，攪拌吸附2 h后沉淀2h，廢水變清澈，沉淀下來的LDH為廢棄LDH ；
2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至700°C碳化3h，獲得碳化的LDH ；
3)碳化LDH經(jīng)30mL6% (v/v)的鹽酸溶液攪拌洗滌4 h,重復(fù)3次，干凈后，再用去離子水洗滌至pH ^ 7，抽濾、干燥得到多孔模板碳材料。
[0017]實(shí)施例4:
1)取2gNi/Fe摩爾比為2:1的N1-Fe-LDH投入到4 L 200 mg/L橙黃II的廢水中，攪拌吸附2 h后沉淀2h，廢水變清澈，沉淀下來的LDH為廢棄LDH ；
2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后置于馬弗爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至600°C碳化3h，獲得碳化的LDH ；3)碳化LDH經(jīng)30mL 6% (v/v)的鹽酸溶液攪拌洗滌4 h,重復(fù)3次，干凈后，再用去離子水洗滌至pH ^ 7，抽濾、干燥得到多孔模板碳材料。
[0018]以下對(duì)實(shí)施例中利用廢棄LDH再生的多孔模板碳材料作進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)和性能檢測(cè)。
[0019]有機(jī)污染物吸附試驗(yàn)
將實(shí)施例1所再生的多孔模板碳材料進(jìn)行乙萘酚吸附試驗(yàn)，將0.05 g多孔模板碳材料投入到20 mL含80 mg/L的乙萘酚水溶液中，吸附I h后離心分離，測(cè)定上清液濃度。
[0020]吸附結(jié)果顯示:實(shí)施例1再生的多孔模板碳材料對(duì)乙萘酚的去除率達(dá)到99.9%。取
0.05 g實(shí)施例1用到的Mg-Al-LDH進(jìn)行同樣條件的吸附實(shí)驗(yàn)，顯示Mg-Al-LDH不能吸附乙萘酚。由上述實(shí)驗(yàn)可知，本發(fā)明制備的多孔模板碳材料對(duì)有機(jī)污染物具有良好的吸附性能。
[0021]將實(shí)施例2所再生的多孔模板碳材料進(jìn)行硝基苯吸附試驗(yàn)，將0.05 g多孔模板碳材料投入到20 mL含80 mg/L的硝基苯水溶液中，吸附I h后離心分離，測(cè)定上清液濃度。
[0022]吸附結(jié)果顯示:實(shí)施例2再生的多孔模板碳材料對(duì)硝基苯的去除率達(dá)到98.2%。取
0.05 g實(shí)施例2用到的Mg-Al-LDH進(jìn)行同樣條件的吸附實(shí)驗(yàn)，顯示合成LDH不能吸附硝基苯。由上述實(shí)驗(yàn)可知，本發(fā)明制備的多孔模板碳材料對(duì)有機(jī)污染物具有良好的吸附性能。
[0023]X射線衍射圖
將實(shí)施例1中Mg-Al-LDH原料、廢棄LDH及碳化的LDH分別進(jìn)行X射線衍射(XRD)表征，其XRD表征結(jié)果如圖1所示。
[0024]吸附染料橙黃II后的廢棄LDH (圖1中的LDH-A07)仍保持與Mg-Al-LDH (圖1中的LDH)原料相似的層狀結(jié)構(gòu)，但晶型變差，碳化的LDH (圖1中的LDH-C)層狀結(jié)構(gòu)消失，出現(xiàn)氧化鎂的峰，說明LDH分解產(chǎn)生氧化鎂顆粒，生成氧化物顆粒-碳材料的三維復(fù)合材料，進(jìn)一步說明廢棄的LDH在再生過程中已失去原有的具有吸附作用的層狀結(jié)構(gòu)，再生的產(chǎn)物為不同與LDH結(jié)構(gòu)的再生材料。
[0025]掃描電鏡圖
通過掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)一步觀察實(shí)施例中再生的多孔模板碳材料的表面結(jié)構(gòu)，實(shí)施例1的觀察結(jié)果如圖2所示，圖中出現(xiàn)明顯的顆粒物被酸蝕之后留下的孔結(jié)構(gòu)，實(shí)施例2~3再生的多孔模板碳材料的表面也具有類似的孔結(jié)構(gòu)。
[0026]比表面積檢測(cè)
氮?dú)馕降葴鼐€測(cè)定:取實(shí)施例1再生的多孔模板碳材料進(jìn)行氮?dú)馕降葴鼐€測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖3所示，圖中的曲線呈現(xiàn)出H4型遲滯回線，說明多孔模板碳材料中的孔主要為微小的裂隙孔。
[0027]孔徑分布測(cè)定:對(duì)實(shí)施例1再生的多孔模板碳材料進(jìn)行孔徑分布測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖4所示，從圖中可獲知多孔模板碳材料中的孔徑分布主要為微孔和介孔結(jié)構(gòu)。
[0028]對(duì)實(shí)施例1、2、3和4中再生的多孔模板碳材料進(jìn)行比表面積檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，其比表面積分別為 881m2/g、863m2/g、875m2/g 和 859m2/g。
【權(quán)利要求】
1.一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將LDH置于含染料的廢水中，吸附染料完全后得廢棄LDH； 2)將廢棄LDH干燥、粉碎，然后在保護(hù)性氣體的保護(hù)下碳化，獲得碳化LDH； 3)碳化LDH經(jīng)酸洗，去除金屬氧化物后，干燥得到多孔模板碳材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:步驟2)所述保護(hù)性氣體選自氮?dú)狻⒑?、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:步驟2)所述碳化的具體過程為在500?800°C碳化2?5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:步驟3)所述酸洗所采用的酸選自鹽酸、硝酸和硫酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的一種利用廢棄LDH再生多孔模板碳材料的方法，其特征在于:所述酸洗所采用的酸的體積濃度為6?15%。
【文檔編號(hào)】B01J20/20GK103638901SQ201310603756
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】朱潤(rùn)良, 陳情澤, 賴潘民旺, 朱建喜, 陶奇, 何宏平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所