本發(fā)明涉及一種蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑的制備方法，特別利用甘蔗渣為主要材料，制備蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑的方法。

背景技術(shù)：

隨著人類工業(yè)活動(dòng)的頻繁，含砷廢水的排放量越來越大，砷在水環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化也在加快，在局部水域造成了砷的積累，而水環(huán)境是人類及一切生物賴以生存的必不可少的重要物質(zhì)。生物體如果通過食物鏈攝入受污的水體，砷在生物體內(nèi)不能被降解，就會(huì)在體內(nèi)蓄積，從而危害體內(nèi)的各個(gè)系統(tǒng)器官，從而導(dǎo)致一些疾病的發(fā)生，輕些會(huì)引起雷諾氏、黑皮病、過度角化等，嚴(yán)重的導(dǎo)致心腦血管疾病和多種內(nèi)臟癌癥，甚至直接導(dǎo)致死亡。當(dāng)前處理含砷廢水的方法總體上分為物理法、化學(xué)法和生物法。國(guó)內(nèi)外研究較多的主要有混凝沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、吸附法、膜分離法等。沉淀法在最終產(chǎn)物的處理上有很大的局限性，產(chǎn)生的大量含砷及其他金屬廢渣無法利用，易造成二次污染；離子交換法處理工藝較復(fù)雜，處理成本較高，難工業(yè)化；膜分離在運(yùn)行時(shí)需要一定的驅(qū)動(dòng)，耗用大量電能；生物法周期較長(zhǎng)。而吸附法周期短，效果顯著，吸附材料可以多次循環(huán)再生，成本低。所以，近年來很多研究者將吸附法除砷作為一個(gè)研究方向。

水滑石（Layered Double Hydroxides，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)DH）是一種由帶正電荷和層間填充帶負(fù)電荷的陰離子所構(gòu)成的層狀化合物，又稱層狀雙金屬氫氧化物或陰離子粘土，是一類新型無機(jī)功能材料，具有層狀微孔結(jié)構(gòu)。其化學(xué)通式為：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂](A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分別是位于主體層板上的二價(jià)和三價(jià)金屬陽離子，A^n-是可穩(wěn)定在堿性溶液中存在的層間無機(jī)、有機(jī)、配合等離子，X為 M³⁺/( M²⁺+ M³⁺)摩爾比，m為結(jié)晶水的數(shù)目。LDH主體層板和層間陰離子主要通過氫鍵、范德華力或靜電引力等相連接，而使得LDH的層間陰離子具有可交換性。層狀雙金屬氧化物(Layered Double Oxides，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)DO)，是LDH的焙燒產(chǎn)物。LDO可以通過獲取溶液中的水分子和陰離子來恢復(fù)重建LDH的晶體結(jié)構(gòu)，故其飽和吸附容量及吸附產(chǎn)物的穩(wěn)定性要高于LDH，從而成為一種備受關(guān)注的新型環(huán)境吸附材料。有大量文獻(xiàn)資料顯示，LDH及LDO對(duì)砷的去除效果顯著。但水滑石為細(xì)度0.4~0.6 μm粉末狀固體，在工程應(yīng)用中存在一定的困難。甘蔗渣是農(nóng)業(yè)廢棄物，將其炭化后轉(zhuǎn)化為蔗渣炭，具有一定的吸附效果。如何把蔗渣炭與水滑石有機(jī)結(jié)合在一起，使其達(dá)到高效吸附含砷廢水，具有較為有利的發(fā)展前景及實(shí)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供一種在常壓下采用共沉淀法和煅燒法，以甘蔗渣為主要原料，以氯化鎂和氯化亞鐵為輔助材料，制備蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑。

目前，研究較多的吸附除砷材料中，單一的物質(zhì)有針鐵礦、納米氧化鐵、納米金屬鋁粉、活性炭纖維和二氧化鈦等；復(fù)合的物質(zhì)有羥基磷灰石/蔗渣活性炭、鐵氧化物負(fù)載的硅藻土、四氧化三鐵改性的燃煤渣、氧化鋁負(fù)載的多空沸石球、鐵錳氧化物改性的沸石等。這些吸附材料中有的吸附材料的主要成分是鐵鋁氧化物，它們也是吸附砷的主要物質(zhì)，而部分吸附材料中的主要成分是炭、硅藻土、沸石等一些比表面積較大的物質(zhì)。為了克服現(xiàn)有的除砷吸附劑吸附容量低，吸附能力有限，以及充分利用廣西豐富的甘蔗渣資源。本發(fā)明提供一種除砷吸附材料——蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑的制備方法。蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑不僅吸附容量大，而且當(dāng)含砷水樣初始濃度分別為低于2.0 mg·L^-1。吸附平衡后水樣中砷的濃度低于0.01 mg·L^-1。

具體制備步驟為：

（1）將甘蔗渣置于烘箱中在60 ℃~80 ℃下烘干，用萬能破碎機(jī)破碎后過20~40目篩，在馬弗爐中400 ℃~650 ℃炭化2 ~4小時(shí)后，獲得蔗渣炭，備用。

（2）于1000 mL燒杯中加入200 ml 濃度為0.1 mol/L~1.0 mol/L的氯化鎂溶液，再攪拌滴加200 mL 濃度為0.025 mol/L~0.25 mol/L氯化亞鐵溶液，再攪拌滴加100 mL濃度為0.005 mol/L十六烷基三甲基溴化銨，混合均勻，加入10 g~25 g步驟（1）所得蔗渣炭，用超聲波振蕩20 ~40分鐘，靜置24 ~48 小時(shí)。

（3）在攪拌下向步驟（2）產(chǎn)物中滴加入1 mol/L 氫氧化鈉和0.5 mol/L 碳酸鈉混合溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)終點(diǎn)的pH到9.0~11。

（4）將步驟（3）所得產(chǎn)物，置于全溫生物搖床上200 rpm以振蕩30 ~60分鐘后，然后置于數(shù)顯恒溫水浴鍋中于60 ℃~90 ℃水浴陳化4 ~8 小時(shí)。

（5）將步驟（4）所得產(chǎn)物自然冷卻，抽濾，用超純水洗滌固相沉淀物3~5次，當(dāng)洗滌濾液的pH=7.0±0.1時(shí)，將固相沉淀物經(jīng)超純水反復(fù)洗滌至中性后，濾餅置于瓷盤中在80 ℃~110 ℃下干燥10 小時(shí)，得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合物，即蔗渣炭/鎂鐵LDH。

（6）將步驟（5）所得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合物在400 ℃~550 ℃下焙燒2 ~5小時(shí)，然后研磨，過100目篩，得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑，即蔗渣炭/鎂鐵LDO。

本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行，由于利用甘蔗渣為主要原材料，大大降低生產(chǎn)成本，并提高了產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)；所制得的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)深度處理含砷廢水工序。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例制得的蔗渣炭/鎂鐵LDH、蔗渣炭/鎂鐵LDO和吸附砷后的蔗渣炭/鎂鐵LDO的掃描電鏡圖，a:蔗渣炭/鎂鐵LDH；b: 蔗渣炭/鎂鐵LDO；c: 吸附砷后的蔗渣炭/鎂鐵LDO。

圖2 為本發(fā)明實(shí)施例制得的蔗渣炭/鎂鐵LDH、蔗渣炭/鎂鐵LDO和吸附砷后的蔗渣炭/鎂鐵LDO的X射線衍射圖。

圖 3 為本發(fā)明實(shí)施例不同初始pH下蔗渣炭/鎂鐵LDO對(duì)砷的吸附率。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

（1）將甘蔗渣置于烘箱中在80 ℃下烘干，用萬能破碎機(jī)破碎后過20目篩，在馬弗爐中于450 ℃下炭化2 小時(shí)，獲得蔗渣炭，備用。

（2）于2000 mL燒杯中加入200 mL濃度為0.5 mol/L的氯化鎂溶液，再攪拌滴加200 mL濃度為0.125 mol/L氯化亞鐵溶液，再攪拌滴加100 mL濃度為0.005 mol/L十六烷基三甲基溴化銨，混合均勻，加入15 g步驟（1）所得蔗渣炭，用超聲波超聲30分鐘，靜置24 小時(shí)。

（3）在攪拌下向步驟（2）產(chǎn)物中滴加入1 mol/L 氫氧化鈉和0.5 mol/L 碳酸鈉混合溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)終點(diǎn)的pH到10.5。

（4）將步驟（3）所得產(chǎn)物，置于全溫生物搖床上以200 rpm振蕩60分鐘后，然后置于數(shù)顯恒溫水浴鍋中于80 ℃水浴陳化6 小時(shí)。

（5）將步驟（4）所得產(chǎn)物自然冷卻，抽濾，用超純水洗滌固相沉淀物3次，當(dāng)洗滌濾液的pH=7.0±0.1時(shí)，結(jié)束洗滌，將固相沉淀物濾餅置于瓷盤中在80℃下干燥10小時(shí)，得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合物，即蔗渣炭/鎂鐵LDH。

（6）將步驟（5）所得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合物在450 ℃下焙燒2 小時(shí)，然后研磨，過100目篩，得蔗渣炭/鎂鐵水滑石復(fù)合吸附劑，即蔗渣炭/鎂鐵LDO。

所制得的蔗渣炭/鎂鐵LDH、蔗渣炭/鎂鐵LDO和吸附砷后的蔗渣炭/鎂鐵LDO用日本電子的JSM－5610LV型掃描電鏡，放大5000倍進(jìn)行形貌觀察，如圖1所示。用德國(guó)的D8ADVANCE型X射線衍射儀對(duì)蔗渣炭/鎂鐵LDH、蔗渣炭/鎂鐵LDO和吸附砷后的蔗渣炭/鎂鐵LDO進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖２所示。

應(yīng)用實(shí)例：pH對(duì)吸附的影響實(shí)驗(yàn)

稱量0.1 g蔗渣炭/鎂鐵LDO復(fù)合吸附劑于一系列100mL塑料離心管中，加入事先用0.1 mol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH到設(shè)定值（2~11），濃度為20 mg/L的含砷溶液50mL。然后將每個(gè)離心管放在25℃的全溫生物搖床振蕩器中振蕩24 小時(shí)。最后將離心管在低速離心機(jī)上以4000 rpm的速度離心5分鐘，再用0.45 μm的濾膜過濾。測(cè)定吸附后溶液中砷的濃度，得到不同初始pH下蔗渣炭/鎂鐵LDO對(duì)砷的吸附率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。