一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑及其制備方法。該微通道結(jié)構(gòu)吸附劑由磁性Ni0.5Zn0.5Fe2O4相與高比表面積γ-Al2O3相復(fù)合組成，微通道直徑為1～10μm，長度為1～10mm，比表面積為118～150m2/g，管壁孔徑為1～15nm；該吸附劑以檸檬酸或乳酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鎳、乙酸鋅為原料制得前驅(qū)體溶液，經(jīng)蒸發(fā)脫水得到凝膠，再將凝膠拉制為凝膠素絲，經(jīng)過焙燒得到目標(biāo)產(chǎn)物介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑；該磁性吸附劑制備過程簡單、對染料吸附速度快、可多次循環(huán)使用，對甲基藍(lán)、剛果紅染料的吸附率達(dá)80%以上。
【專利說明】一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保材料及應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著紡織工業(yè)的迅猛發(fā)展，印染廢水已成為我國水系環(huán)境的主要污染源；據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年我國紡織廢水排放量高達(dá)24.55億噸，其中80%是染料廢水；這些染料廢水具有水量大、有機(jī)污染物濃度高、可生化性差、色度高、堿性大等特點(diǎn)，如果不經(jīng)處理就大量排放到江河湖海中，不僅造成資源的極大浪費(fèi)，還會破壞生態(tài)平衡，直接威脅人類的身體健康；因此，開發(fā)高效、簡便、快捷的染料廢水處理技術(shù)迫在眉睫。
目前，處理染料廢水的方法主要有:吸附法、混凝法、氧化還原法、生化法以及膜處理法等，其中吸附法因其具有價(jià)格低廉，吸附劑來源廣泛，吸附效率較高等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用最多；氧化鋁(Y-Al2O3)是一類具有優(yōu)良孔結(jié)構(gòu)，較高比表面積，良好物理強(qiáng)度以及耐酸堿特性的金屬氧化物，已被廣泛的應(yīng)用到廢水處理中；武漢理工大學(xué)的蔡衛(wèi)權(quán)等[CN201210159717.1]報(bào)道了一種對溫室氣體CO2和重金屬Cr (IV)具有良好吸附特性的堿金屬功能化氧化招基吸附劑；印度科學(xué)技術(shù)促進(jìn)會的Patra等[Journal of HazardousMaterials，2012，201-202，170-177]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)5次循環(huán)使用后，介孔Y-Al2O3球狀納米顆粒仍可去除水中70%的重金屬砷；印度羅爾克拉國立技術(shù)研究所的Mahapatra等[Ceramics International, 2013, 39, 5443-5451]研究了 Y-Fe2O3Al2O3 納米復(fù)合粉體對剛果紅的吸附效果，結(jié)果表明，Y -Fe2O3Al2O3納米復(fù)合粉體對水溶液中剛果紅的去除率高達(dá)90%以上；然而，這類氧化鋁吸附劑通常密度較高，難以在溶液中以懸浮態(tài)存在，且回收極為不便，容易形成二次污染，在應(yīng)用上受到很大限制。
近年來，磁性微通道結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展為廢水處理技術(shù)的發(fā)展提供了新思路；借助于微通道結(jié)構(gòu)，材料密度可大幅度降低，有利于材料在溶液中保持穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，此外，染料廢液可通過微通道結(jié)構(gòu)在吸附劑內(nèi)部自由流動，促進(jìn)染料與吸附劑的充分結(jié)合；借助于外磁場，富集了染料的磁性吸附劑可以快速從廢水中分離，大幅度提高吸附劑的吸附能力和吸附效率，為吸附劑的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；尖晶石型鎳鋅鐵氧體由于具有優(yōu)良的磁學(xué)性能受到科技工作者的高度關(guān)注，其亦具有一定的吸附性能；將尖晶石型鐵氧體作為磁性微通道吸附劑的磁性
部分，并與氧化鋁相結(jié)合，可以開發(fā)出比表面積大、孔率高、磁性強(qiáng)，既有良好吸附能力，又可快速回收的微通道染料吸附劑，然而目前尚未見到使用介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑處理染料廢水的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對目前吸附劑存在的缺點(diǎn)，提供一種對有機(jī)染料吸附效率高、吸附速度快、可循環(huán)使用的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑及其制備方法。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑，該吸附劑由磁性鎳鋅鐵氧體相(Ni0.5Zn0.5Fe204)和高比表面積氧化鋁相(Y -Al2O3)構(gòu)成，具有微通道結(jié)構(gòu)，微通道直徑為1~10 μ m，長度為1~10 mm,比表面積為118~150 m2/g,管壁孔徑為1~15 nm。
一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑的制備方法，其具體步驟包括:
(1)將有機(jī)酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳混合于去離子水中，在室溫下攪拌20~30小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液在60~80°C蒸發(fā)脫水，得到80~100Pa.s的凝膠；
(3)將凝膠置于紡絲機(jī)中，拉制為凝膠前驅(qū)體素絲，并在80~100°C下干燥20~30小
時(shí)；
(4)將凝膠前驅(qū)體素絲置于高溫爐中，在450~600°C焙燒1~4小時(shí)，即得到介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑。
其中，制備方法步驟(1)中有機(jī)酸是檸檬酸或乳酸中的一種，檸檬酸或乳酸與金屬離子之和的摩爾比為1.0~2.0:1 ；A1離子與Fe離子的摩爾比為0.25:1~1.5:1。其中，優(yōu)選為檸檬酸或乳酸與金屬離子的摩爾比為1.3~1.4:1 ；A1離子與Fe離子的摩爾比為
0.25^0.6 ;焙燒溫度為550°C，焙燒時(shí)間為3小時(shí)。
一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑用于染料廢水處理，其過程包括:取上述吸附劑置于甲基藍(lán)溶液、剛果紅溶液中震蕩吸附，直至完成吸附。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明提供的吸附劑由磁性鎳鋅鐵氧體相(Ni0.5Zn0.5Fe204)和高比表面積氧化鋁相(Y -Al2O3)構(gòu)成，具有微通道結(jié)構(gòu)，微通道直徑為1~10 μ m，長度為1~10 mm,比表面積為118~150 m2/g,管壁孔徑為1~15 nm ；
2、制備過程簡單可控，成本低；
3、本發(fā)明提供的磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑對剛果紅、甲基藍(lán)等染料具有很強(qiáng)的吸附能力，經(jīng)1~5次循環(huán)使用，吸附劑效率可達(dá)80%以上；應(yīng)用于廢水處理的工藝方便，可多次循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是實(shí)施例1中獲得的吸附劑的磁滯回線。
【具體實(shí)施方式】:
為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑，該吸附劑由磁性鎳鋅鐵氧體相(Ni0.5Zn0.5Fe204)和高比表面積氧化鋁相(Y-Al2O3)構(gòu)成，具有微通道結(jié)構(gòu)，微通道直徑為1~10 μ m,長度為1~10 mm,比表面積為118~150 m2/g,管壁孔徑為1~15 nm。
一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑的制備方法，其具體步驟包括:
(1)將有機(jī)酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳混合于去離子水中，在室溫下攪拌20~30小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液在60~80°C蒸發(fā)脫水，得到80~100Pa.s的凝膠；(3)將凝膠置于紡絲機(jī)中，拉制為凝膠前驅(qū)體素絲，并在80~100°C下干燥20~30小
時(shí)；
(4)將凝膠前驅(qū)體素絲置于高溫爐中，在450~600°C焙燒I~4小時(shí)，即得到介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑。
實(shí)施例1
(1)將檸檬酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳按照檸檬酸與金屬離子的摩爾比
1.4:1的比例，Al離子與Fe摩爾比為0.58:1,混合于去離子水中，攪拌24小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在70°C蒸發(fā)脫水，得到88Pas的凝膠；
(3)將凝膠置于機(jī)械紡絲機(jī)中，紡織得到凝膠前驅(qū)體素絲，并在80°C下干燥24小時(shí)；
(4)將前驅(qū)體素絲置于高溫爐中，在550°C焙燒3小時(shí)，即得到直徑為f10 μ m,長度為2飛mm，比表面積為118 m2/g，壁孔徑約為疒7 nm的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑，如圖1所示，具有較強(qiáng)軟磁特性；
(5)分別取上述磁性氧化鋁吸附劑0.05g，對20 ml含100 mg/1的剛果紅和甲基藍(lán)溶液震蕩吸附2小時(shí)，最大吸附量分別為36.8和34.8 mg/g,吸附效率達(dá)92.5%和87.2%。
實(shí)施例2
(1)將檸檬酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅和乙酸鎳按照檸檬酸與金屬離子的摩爾比1:1的比例，Al離子與Fe離子摩爾比為0.26:1，混合于去離子水中，攪拌30小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在60°C蒸發(fā)脫水，得到SOPas的凝膠；
(3)將凝膠置于機(jī)械紡絲機(jī)中，紡織得到凝膠素絲，并在80°C下干燥24小時(shí)；
(4)將前驅(qū)體凝膠素絲置于高溫爐中，在500°C焙燒3小時(shí)，即得到直徑2~4ym,長度3mm,比表面積為122 m2/g，孔徑為4~9 nm的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑；
(5)分別取上述纖維吸附劑0.08 g，對30 ml含150 mg /ml的甲基藍(lán)和剛果紅溶液震蕩吸附4小時(shí)，經(jīng)3次循環(huán)吸附后，最大吸附量為50.4和46.8mg/g,吸附效率可達(dá)89.6%和 83.3%ο
實(shí)施例3
(1)將乳酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鎳、乙酸鋅按照乳酸與金屬離子的摩爾比1.4:1的比例，Al離子與Fe離子摩爾比為1:1，混合于去離子水中，攪拌25小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在70°C蒸發(fā)脫水，得到86Pas的凝膠；
(3)將凝膠置于機(jī)械紡絲機(jī)中，紡織得到凝膠素絲，并在80°C下干燥30小時(shí)；
(4)將前驅(qū)體凝膠素絲置于高溫爐中，在500°C焙燒3小時(shí)，即得到直徑2~5ym,長度2 mm,比表面積為150 m2/g，孔徑為6~12 nm的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑；
(5)分別取上述纖維吸附劑0.lg，對40 ml含200 mg /ml的甲基藍(lán)和剛果紅溶液震蕩吸附8小時(shí)，首次吸附的最大吸附量分別為71.4和66 mg/g，吸附效率可達(dá)89.2%和82.5%。
實(shí)施實(shí)例4
(1)將檸檬酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳按照檸檬酸與金屬離子的摩爾比1.6:1, Al離子與Fe離子摩爾比為1.5: 1，混合于去離子水中，攪拌20小時(shí)后得到溶液；
(2)將溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在80°C蒸發(fā)脫水，得到90Pas的凝膠；
(3)將凝膠置于機(jī)械紡絲機(jī)中，紡織得到凝膠素絲，并在100°C下干燥20小時(shí)；(4)將前驅(qū)體凝膠素絲置于高溫爐中，在450°C焙燒4小時(shí)，即得到直徑3、μm,長度2^8 mm,比表面積為131 m2/g，孔徑為4~10 nm的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑；
(5)分別取上述纖維吸附劑0.lg，對30 ml含500 mg /I的甲基藍(lán)和剛果紅溶液攪拌吸附10小時(shí)，首次吸附的最大吸附量分別為141.9和130.8 mg/g,吸附效率可達(dá)94.6和87.2%。 實(shí)施實(shí)例5
(1)將乳酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳按照乳酸與金屬離子的摩爾比1.2:1，硝酸鐵與硝酸鋁摩爾比1:1.5的比例，混合于去離子水中，攪拌24小時(shí)后得到透明溶液；
(2)將透明溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在75°C蒸發(fā)脫水，得到IOOPas的凝膠；
(3)將透明凝膠置于機(jī)械紡絲機(jī)中，紡織得到凝膠素絲，并在100°C下干燥20小時(shí)；
(4)將前驅(qū)體凝膠素絲置于高溫爐中，在600°C焙燒I小時(shí)，即得到直徑1~8μπι，長度6^10 mm,比表面積為123 m2/g，孔徑為I~7 nm的介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑；
(5)分別取上述吸附劑0.15 g，對40 ml含300 mg /I的甲基藍(lán)和剛果紅溶液震蕩吸附8小時(shí)，5次循環(huán)吸附后，最大吸附量分別為68.5和64.5 mg/g,吸附效率可達(dá)85.6%和80.7%。
本發(fā)明提供的吸附劑由磁性鎳鋅鐵氧體相(Nia 5Zn0.5Fe204)和高比表面積氧化鋁相(Y -Al2O3)構(gòu)成，具有微通道結(jié)構(gòu)，微通道直徑為I~10 μ m，長度為I~10 mm,比表面積為118~150 m2/g，管壁孔徑為I~15 nm ;本發(fā)明制備過程簡單可控，成本低；本發(fā)明提供的磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁吸附劑對剛果紅、甲基藍(lán)等染料具有很強(qiáng)的吸附能力，經(jīng)I~5次循環(huán)使用，吸附劑效率可達(dá)80%以上；應(yīng)用于廢水處理的工藝方便，可多次循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用。
【權(quán)利要求】
1.一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑，其特征在于:該吸附劑由磁性Nia5Zna5Fe2O4相與高比表面積Y -Al2O3相構(gòu)成，具有微通道結(jié)構(gòu)，微通道直徑為I~10 μ m，長度為I~10 mm,比表面積為118~150 m2/g,管壁孔徑為I~15 nm。
2.一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將有機(jī)酸與硝酸鋁、硝酸鐵、乙酸鋅、乙酸鎳混合于去離子水中，在室溫下攪拌20~30小時(shí)后得到溶液； (2)將溶液在60~80°C蒸發(fā)脫水，得到80~100Pa.s的凝膠； (3)將凝膠置于紡絲機(jī)中，拉制為凝膠前驅(qū)體素絲，并在80~100°C下干燥20~30小時(shí)； (4)將凝膠前驅(qū)體素絲置于高溫爐中，在450~600°C焙燒I~4小時(shí)，即得到介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑。
3.如權(quán)利要求2所述的一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑的制備方法，其特征在于:有機(jī)酸是檸檬酸或乳酸中的一種，檸檬酸或乳酸與金屬離子之和的摩爾比為1.0~2.0:1 ；A1離子與Fe離子的摩爾比為0.25:1~1.5:1。
4.如權(quán)利3所述的一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑的制備方法，其特征在于:檸檬酸或乳酸與金屬離子的摩爾比為1.3^1.4:1 ；A1離子與Fe離子的摩爾比為0.25~0.6。
5.如權(quán)利2所述的一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料吸附劑的制備方法，其特征在于:焙燒溫度為550°C，焙燒時(shí)間為3小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種介孔磁性微通道結(jié)構(gòu)氧化鋁染料廢水吸附劑在處理染料廢水的應(yīng)用，其特征在于:取上述吸附劑置于甲基藍(lán)溶液、剛果紅溶液中震蕩吸附，直至完成吸附。
【文檔編號】B01J20/08GK103611492SQ201310583217
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】費(fèi)曉韻, 沈湘黔, 馮小蘇, 蔣愛建, 陳冬青, 景茂祥 申請人:南通水山環(huán)保設(shè)備有限公司