一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用制造技术

本发明专利技术属于废物利用和复合材料技术范围，具体公开了一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成方法及其应用。本发明专利技术以鸡蛋壳为原料经过高温焙烧得到的CaO，然后通过负载不同量的KMnO4作为Mn源，通过离心分离，洗样，干燥后对其进行烧结，最终得到锰钙纳米吸附剂。本发明专利技术制备得到的锰钙纳米吸附剂，其制备方法简单、无污染，能够有效地处理工业废水中的重金属，处理效率高，原料鸡蛋壳易得，属于废物利用，成本低廉，具有良好的经济效益和环境效益，能够很好地投入规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境及材料领域，具体是一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用。
技术介绍
随着我国工业水平的不断提高，电镀、冶金、铸造、采矿、石油、电池、机械和印刷等工业行业蓬勃发展，工业废水的排放成为环境中重金属污染的主要来源。重金属不能被环境中的微生物降解，将持续破坏人们赖以生存的大气、水和土壤环境；另一方面，动植物能够富集和积累环境中的重金属最终进入人体，对人的中枢神经系统、内分泌系统、免疫系统和骨骼都会造成不良影响。因此，处理工业废水中的重金属对环境具有重要的意义。处理工业废水中重金属离子的方法很多，主要有化学沉淀法、离子交换法、物理化学吸附法、生物处理法、液膜分离以及其它综合处理法。目前国内外处理重金属废水的方法是吸附法，该方法的特点在于操作简单、廉价易得的优点，但吸附剂价格普遍偏高，因此开发廉价、高效率、环保型、可回收的吸附剂将是重金属离子吸附研究的主要方向。随着科技的进步与发展，人类的生活水平越来越高，水环境中的重金属污染却日益加重。故寻找有效的方法来处理废水中的重金属离子成为亟待解决的问题。采用高孔隙纳米3D片状材料进行吸附是一种有效的手段。且层状材料独特的结构使其在许多领域具有很好的应用前景。近年来，具有不同价态的锰氧化物在吸附，催化、电化学、蓄电池、超级电容器方面具有潜在的应用引起了研究者极大的兴趣。其中Mn3O4被证明是一种良好的重金属吸附材料，且具有价格低、高的比表面积、环境兼容性等特点，而受到研究者的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用。本专利技术利用多孔鸡蛋壳作为模板合成锰钙纳米复合吸附剂，具有独特的层状结构，并能速度快吸附废水中的重金属，吸附效果优异。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种由鸡蛋壳构筑的具有层状、高效锰钙纳米吸附剂的绿色合成包括以下步骤：（1）收集鸡蛋壳，用去离子水清洗除去泥土及粘附的杂质，将鸡蛋壳浸泡在80°C的水中一段时间后，人工去除内膜，置于烘箱中，100-120°C下烘12-24h，得到干燥的鸡蛋壳；将所得的鸡蛋壳放入马弗炉中，以5°C/min的升温速度升至800°C-1050°C，高温焙烧并保温1h，得到氧化钙模板。（2）锰钙纳米吸附剂的制备：将（1）中所得到的氧化钙模板均匀分散至乙醇溶液中，搅拌30min，得混合溶液；然后将一定量的高锰酸盐缓慢的倒入混合溶液中，搅拌12-24h，全程在氮气保护的体系下进行反应，然后将反应液进行离心分离，乙醇溶液洗涤；把洗涤后的样品放入真空烘箱中70°C下干燥12h，最终得到锰钙纳米吸附剂。其中，高锰酸盐和氧化钙模板的摩尔比为1:1~1:10，高锰酸盐为高锰酸钾或者高猛酸钠；乙醇溶液中，去离子水和乙醇的体积比为0：1-1：4。本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术采用氧化钙作为模板合成锰钙纳米吸附剂，锰氧化物具有很高的化学活性和吸附能力，广泛应用于环境领域，属于环境友好型材料；原料之一的鸡蛋壳具有低成本，物美价廉，以废制废的优点；得到的锰钙纳米吸附剂对重金属吸附具有速度快，吸附容量高的特点。2）本专利技术由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂具有独特的纳米层状结构。3）本专利技术的制备方法所需要的设备易于获取，工艺操作简单，工艺条件简单，适用性强，绿色环保，易于推广利用。附图说明图1是本专利技术实施例1中经过高温煅烧后的鸡蛋壳的微观形貌；图2是本专利技术实施例1中制备的锰钙纳米吸附剂的扫描电子显微镜图；图3是本专利技术实施例1中制备的锰钙纳米吸附剂的高、低透射电子显微镜图；图4是本专利技术实施例1中制备的锰钙纳米吸附剂对1g/L的Pb2+的吸附动力学曲线；图5是实施例2中Ca:Mn=5:1的锰钙纳米吸附剂对不同元素的吸附动力学曲线；图6是实施例3中Ca:Mn=10:1的锰钙纳米吸附剂和商业的Mn3O4根据其吸附性能所得出的吸附动力学曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以结合。实施例1一种由鸡蛋壳构筑的钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用，具体步骤为：（1）氧化钙（CaO）的制备：收集鸡蛋壳，用去离子水清洗除去泥土及粘附的杂质，将鸡蛋壳浸泡在80°C的水中一段时间后，人工去除内膜，置于烘箱中，120°C下烘12h，得到干燥的鸡蛋壳；将所得的鸡蛋壳放入马弗炉中，以5°C/min的升温速度升至1050°C保温1h，得到氧化钙模板；（2）锰钙纳米吸附剂的制备：2.8g的氧化钙模板均匀分散至乙醇溶液中（去离子水和乙醇的体积比为0:1），搅拌30min，得混合溶液；然后将7.9g的高锰酸钾缓慢的倒入混合溶液中，搅拌24h，全程在氮气保护的体系下进行反应，然后将反应液进行离心分离，乙醇洗涤；把洗涤后的样品放入真空烘箱中70°C下保温12h进行烘干，最终得到锰钙纳米吸附剂；其中Ca、Mn的摩尔比为1:1；（3）将实施例1制得的锰钙纳米吸附剂用于1g/L的Pb2+废水吸附。用原子吸收分光光度计测试吸附前后废水中铅离子的浓度，测试得到应用锰钙纳米吸附材料的吸附浓度可以达到原废水中铅浓度的85%以上，吸附容量为1550mg/g。实施例2一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用，具体步骤为：（1）氧化钙（CaO）的制备：收集鸡蛋壳，用去离子水清洗除去泥土及粘附的杂质，将鸡蛋壳浸泡在80°C的水中一段时间后，人工去除内膜，置于烘箱中，100°C下烘12h，得到干燥的鸡蛋壳；将所得的鸡蛋壳放入马弗炉中，以5°C/min的升温速度升至800°C保温1小时，得到氧化钙模板；（2）锰钙纳米吸附剂的制备：2.8g的氧化钙模板均匀分散至乙醇溶液中（去离子水和乙醇的体积比为1:4），搅拌30min，得混合溶液；然后将1.58g的高锰酸钠缓慢的倒入混合溶液中，搅拌18h，全程在氮气保护的体系下进行反应，然后将反应液进行离心分离，乙醇洗涤；把洗涤后的样品放入真空烘箱中70°C下保温12h进行烘干，最终得到锰钙纳米吸附剂；其中Ca、Mn的摩尔比为5:1；（3）将实施例2制得的锰钙纳米吸附剂用于40mg/L的Cu2+、Ag+、Eu2+和Cd2+废水吸附。用原子吸收分光光度计测试吸附前后废水中铜离子、银离子、铕离子和镉离子的浓度，测试得到应用锰钙纳米吸附材料的吸附浓度可以达到原废水中铜离子、银离子、铕离子和镉离子的浓度分别达95%、93%、90%、80%以上，吸附容量分别为151、134、96.0和81.5mg/g。实施例3一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成及其应用，具体步骤为：（1）氧化钙（CaO）的制备：收集鸡蛋壳，用去离子水清洗除去泥土及粘附的杂质，将鸡蛋壳浸泡在80°C的水中一段时间后，人工去除内膜，置于烘箱中，100°C下烘12h，得到干燥的鸡蛋壳；将所得的鸡蛋壳放入马弗炉中，以5°C/min的升温速度升至950°C保温1h，得到氧化钙模板；（2）锰钙纳米吸附剂的制备：2.8g的氧化钙模板均匀分散至乙醇溶液中（去离子水和乙醇的体积比为1:9），搅拌3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成方法，其特征在于：将高温焙烧得到的CaO分散至乙醇溶液中并搅拌一定时间；然后将高锰酸盐加入至上述溶液中，在氮气保护的体系下搅拌反应12‑24 h；然后将反应液进行离心分离、洗涤液洗涤，把洗涤后的样品70°C下真空干燥12 h，得到锰钙纳米吸附剂；其中所制得的吸附剂中，锰、钙的摩尔比为1：1~1:10。

【技术特征摘要】
1.一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成方法，其特征在于：将高温焙烧得到的CaO分散至乙醇溶液中并搅拌一定时间；然后将高锰酸盐加入至上述溶液中，在氮气保护的体系下搅拌反应12-24h；然后将反应液进行离心分离、洗涤液洗涤，把洗涤后的样品70°C下真空干燥12h，得到锰钙纳米吸附剂；其中所制得的吸附剂中，锰、钙的摩尔比为1：1~1:10。2.根据权利要求1所述的一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成方法，其特征在于：所述的乙醇溶液中，去离子水和乙醇的体积比为0：1~1：4。3.根据权利要求1所述的一种由鸡蛋壳构筑的锰钙纳米吸附剂的绿色合成方法，其特征在于：所述的高锰酸盐为高锰酸钾或者高猛酸钠。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄赞勇，吴宇锋，于岩，余恺昕，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35