赤泥改性方法、改性物及其在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及赤泥改性方法、改性物及其在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用，赤泥改性方法，其步驟包括預(yù)處理、LDO合成。本發(fā)明的有益效果是:通過對(duì)赤泥進(jìn)行廢物再利用，制備出具有較大比表面積、可容納大量的陰離子染料的LDO吸附劑，制備過程所需添加材料少，工藝簡(jiǎn)單，成功率高，并且LDO對(duì)模擬廢水擁有較高的吸附去除率，對(duì)于50mg/L的艷藍(lán)染料模擬廢水，0.1gLDO對(duì)其的去除率的就可達(dá)到98%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于赤泥的最高去除率38%、焙燒赤泥的22%以及LDH的89%的去除率;特別是對(duì)于400mg/L的模擬廢水，LDO的最高吸附量可達(dá)到170mg/g，擁有較高的使用價(jià)值。
【專利說明】赤泥改性方法、改性物及其在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于吸附劑材料研究領(lǐng)域，特別涉及赤泥改性方法、改性物及其在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]赤泥(Red Mud,簡(jiǎn)稱RM)是氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣，因?yàn)橥庥^呈紅色，因此稱為赤泥。目前，平均每生產(chǎn)I噸氧化招就會(huì)排出1-2噸(干重)赤泥。近年我國氧化招產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，據(jù)中國鋁業(yè)股份有限公司發(fā)布的年報(bào)顯示，2011年我國氧化鋁生產(chǎn)量為3881萬噸，約占世界總產(chǎn)量的30%，產(chǎn)生的赤泥在4000萬噸以上；目前我國赤泥綜合利用率僅為4%，累積堆存量達(dá)到2.5億噸。隨著我國氧化鋁產(chǎn)量的逐年增長(zhǎng)和鋁土礦品位的逐漸降低，赤泥的年產(chǎn)生量還將不斷增加，大量赤泥的長(zhǎng)期堆積，不僅占用了土地資源，而且?guī)砹撕芏嗌鷳B(tài)環(huán)境問題和安全隱患。如何解決其大量堆存導(dǎo)致的環(huán)境、安全與資源浪費(fèi)的問題，是目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)問題。
[0003]李龍等人利用赤泥富含Al、Fe等三價(jià)金屬離子的特點(diǎn)，通過往赤泥中引入適量的二價(jià)金屬離子，如氧化鎂等，通過焙燒還原，并將焙燒產(chǎn)物加入到足量碳酸鈉溶液中，通過充分?jǐn)嚢枰胩妓岣庪x子及游離水，來成功地合成出具有層狀結(jié)構(gòu)的水滑石(Layereddouble hydroxides, LDH)(Influence of red Phosphorus on the Flame 一 Retardantproperties of ethylene Vinyl acetate/Layered double hydroxides composites[J],Iranian Polymer Journal.2012(21):557-568)。
[0004]張峰等人的研究是利用鎂鋁水滑石(Mg-Al-CO3-LDH)及其500 V下焙燒5h的產(chǎn)物，即失去了陰離子和層間水的層狀金屬氧化物(Mg-Al-LDO)來用作吸附劑吸附萘酚綠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LDO對(duì)萘酚綠具有良好的吸附效果，最高吸附量可以達(dá)到193.4mg/g (Removal of Naphthol Green Bfrom Aqueous Solution by Calcined Layered DoubleHydroxides:Adsorption Property and Mechanism Studies[J], Chinese Journal ofChemistry.2009(27): 1767-1772)。該研究是通過對(duì)鎂鋁水滑石進(jìn)行焙燒，去除層間的陰離子及游離水，來得到層狀金屬氧化物結(jié)構(gòu)。
[0005]本方案是利用赤泥為原材料，直接合成層狀雙金屬氧化物L(fēng)DO結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上合成了層狀雙金屬氫氧化物L(fēng)DH結(jié)構(gòu)，并研究了這兩種吸附劑用于處理艷藍(lán)染料模擬廢水的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了對(duì)于赤泥廢物再利用，本發(fā)明對(duì)于赤泥進(jìn)行了改性，制備了層狀雙金屬氧化物L(fēng)DO吸附劑，并提供了吸附劑在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]赤泥改性方法，其步驟包括:
[0009]I)預(yù)處理:[0010]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通過200目分樣篩。
[0011]2) LDO 合成:
[0012]將氧化鎂、氧化鋅或氧化鎳的至少一種金屬氧化物與赤泥混合均勻，金屬氧化物與(Al+Fe)的摩爾比為1: 1-5: 1，在500-600°C下焙燒3_8h，得到LD0，經(jīng)球磨，然后過200目篩。
[0013]進(jìn)一步的,本發(fā)明提供對(duì)于LDO繼續(xù)進(jìn)行改性,還包括步驟3):按LD0:碳酸鈉=
3: I的質(zhì)量比配置飽和碳酸鈉溶液，并將LDO放入碳酸鈉溶液中，充分?jǐn)嚢?-12h，，將碳酸根陰離子及游離水引入其層間結(jié)構(gòu)，合成LDH，作為另一種吸附劑材料。
[0014]艷藍(lán)染料模擬廢水的制備過程為:稱取活性艷藍(lán)染料分別溶于一定量的水中，配置濃度為20、50、100、200、400mg/L的模擬廢水，每組樣品均稱取50ml模擬廢水備用。
[0015]吸附劑吸附艷藍(lán)染料的應(yīng)用過程為，將0.1-1.0g赤泥改性物加入到50ml的20-400mg/L的模擬染料廢水中，在15_45°C吸附溫度下震蕩5_150min;然后取上層清液，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率。
[0016]優(yōu)選的是，赤泥改性物添加量為0.1-0.8g。
[0017]優(yōu)選的是，吸附的溫度為15_35°C。
[0018]更加優(yōu)選的是，吸附的溫度為25°C。
[0019]優(yōu)選的是，震蕩時(shí)間為60_120min。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]赤泥作為制備吸附劑的原材料，擁有成本低，取材方便的優(yōu)點(diǎn)；在本方案中通過對(duì)赤泥進(jìn)行廢物再利用，制備出具有較大比表面積、可容納大量的陰離子染料的LDO吸附齊U，制備過程所需添加材料少，工藝簡(jiǎn)單，成功率高，并且LDO對(duì)模擬廢水擁有較高的吸附去除率，對(duì)于50mg/L的艷藍(lán)染料模擬廢水，0.1gLDO對(duì)其的去除率的就可達(dá)到98%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于赤泥的最高去除率38%、焙燒赤泥的22%以及LDH的89%的去除率；特別是對(duì)于400mg/L的模擬廢水，LDO的最高吸附量可達(dá)到170mg/g，擁有較高的使用價(jià)值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為四種吸附劑對(duì)50mg/L的艷藍(lán)染料的去除率，其中反應(yīng)溫度為27°C，反應(yīng)時(shí)間為 120min;
[0023]圖2為0.1gLDO在不同溫度下對(duì)50mg/L艷藍(lán)染料的去除率，反應(yīng)時(shí)間為120min;
[0024]圖3為0.1gLDO在25°C下對(duì)不同濃度的艷藍(lán)染料的去除率。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面用實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明:
[0026]1.吸附劑的合成:
[0027]實(shí)施例1:
[0028]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通過200目分樣篩；按Mg: (Al+Fe) = 3: I的摩爾比將氧化鎂和赤泥混合均勻，在550°C下焙燒4h，得到LD0，經(jīng)球磨、過200目篩得到所需吸附劑材料，記為吸附劑I。
[0029]實(shí)施例2:[0030]赤泥水洗至中性，烘干，球磨后通過200目分樣篩；按Mg: (Al+Fe) =3: I的摩爾比將氧化鎂和赤泥混合均勻，在550°C下焙燒4h，得到LD0，經(jīng)球磨、過200目篩；按LD0:碳酸鈉=3: I的質(zhì)量比配置飽和碳酸鈉溶液，并將LDO放入碳酸鈉溶液中，充分?jǐn)嚢?0h，將碳酸根陰離子及游離水引入其層間結(jié)構(gòu)，合成LDH，作為另一種吸附劑材料，記為吸附劑II。
[0031]2.艷藍(lán)染料吸附的應(yīng)用:
[0032]I)艷藍(lán)染料模擬廢水的制備:
[0033]稱取活性艷藍(lán)染料分別溶于一定量的水中，配置濃度為20、50、100、200、400mg/L的模擬廢水，每組樣品均稱取50ml模擬廢水備用。
[0034]2)對(duì)比吸附劑的制備:
[0035]對(duì)比吸附劑1:將赤泥通過200目分樣篩。
[0036]對(duì)比吸附劑II，將赤泥在550°C下焙燒4小時(shí)，得到焙燒赤泥，并通過200目分樣篩。
[0037]3)四種吸附劑在艷藍(lán)染料吸附中的應(yīng)用:
[0038]對(duì)比例1:
[0039]將0.1-1g的對(duì)比吸附劑I添加到50mg/L的艷藍(lán)染料模擬廢水中，在27°C下振蕩120min，然后取上層清液在4000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率。隨著添加赤泥量的增加，對(duì)比吸附劑I對(duì)艷藍(lán)的去除率從
31.1增加至Ij 35.8%，最高去除率為38.4%。
[0040]對(duì)比例2:
[0041]將0.1-1g的對(duì)比吸附劑II添加到50mg/L的艷藍(lán)染料中，在27°C下振蕩120min，然后取上層清液在4000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率。隨著添加的焙燒赤泥量的增加，焙燒赤泥對(duì)艷藍(lán)染料的去除率變化不明顯，大概在20%左右，最高僅為22.1%。
[0042]實(shí)施例3:
[0043]將0.1-1g吸附劑II添加到50mg/L的艷藍(lán)染料中，在27°C下振蕩120min，然后取上層清液在4000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率。隨著LDH添加量的增加，LDH對(duì)艷藍(lán)去除率從54.2%增加到89.0%。
[0044]實(shí)施例4:
[0045]將0.1-1g吸附劑I添加到50mg/L的艷藍(lán)染料中，在27°C下振蕩120min，然后取上層清液在4000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率。在添加0.1gLDO時(shí)，對(duì)艷藍(lán)的去除率就達(dá)到98.1%，最高去除率為98.9%。
[0046]將對(duì)比例1-2以及實(shí)施例3-4的數(shù)據(jù)列表如下:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.赤泥改性方法，其特征在于，步驟包括 1)預(yù)處理: 赤泥水洗至中性，烘干，球磨后過篩。 2)LDO合成: 按金屬氧化物，(Al+Fe) =1:1-5:1的摩爾比將金屬氧化物和過篩后的赤泥混合均勻，在500-600°C下焙燒2-8h，得到LD0，經(jīng)球磨和過篩；所述的金屬氧化物為二價(jià)金屬氧化物。
2.如權(quán)利要求1所述的赤泥改性方法，其特征在于:二價(jià)金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅和氧化鎳的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的赤泥改性方法，其特征在于: 還包括步驟3):按LD0:碳酸鈉=3: I的質(zhì)量比配置飽和碳酸鈉溶液,并將LDO放入碳酸鈉溶液中，充分?jǐn)嚢?-12h，合成LDH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性方法制備的赤泥改性物L(fēng)D0。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性方法制備的赤泥改性物L(fēng)DH。
6.使用如權(quán)利要求4或5所述的赤泥改性物在吸附艷藍(lán)染料中的應(yīng)用，其特征在于: 將0.1-1.0g赤泥改性物加入到50ml模擬染料廢水中，在15-45°C吸附溫度下震蕩5-150min;然后取上層清液，利用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，并計(jì)算其去除率；上述過程中，模擬染料廢水的制備過程為:稱取活性艷藍(lán)染料分別溶于一定量的水中，配置濃度為20、50、100、200、400mg/L的模擬廢水，每組樣品均稱取50ml模擬廢水備用。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于: 赤泥改性物添加量為0.1-0.8g。
8.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于: 吸附的溫度為15-35°C。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于: 吸附的溫度為25°C。
10.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于: 震蕩時(shí)間為60-120min。
【文檔編號(hào)】B01J20/08GK103464090SQ201310367139
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】錢翌, 陳希磊, 賈垂軒 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)