用稻壳灰制备磁性硅酸铜吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用稻壳灰制备的磁性硅酸铜吸附剂及其制备方法，该磁性硅酸铜吸附剂的化学式为：CuSiO3▪H2O/xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3▪H2O质量的百分比，10%≤x≤50%。制备方法包括以下步骤：（1）稻壳灰焙烧后得到SiO2；（2）SiO2和硝酸铜进行水热反应制备硅酸铜；（3）硅酸铜和硝酸铁、硝酸钴进行水热反应制备CuSiO3▪H2O/xCoFe2O4磁性吸附剂。该磁性硅酸铜吸附剂具有环保无毒、成本低对水体中的阳离子型染料具有很强的吸附作用，并可通过磁场分离和回收。

Preparation of magnetic copper silicate adsorbent from rice husk ash and its preparation method

The invention discloses a magnetic cupric silicate adsorbent prepared from rice husk ash and a preparation method thereof. The chemical formula of the magnetic cupric silicate adsorbent is CuSiO3_H2O/xCoFe2O4, in which the mass of X is the percentage of CoFe2O4 to the mass of CuSiO3_H2O, and the mass fraction of X is 10%

【技术实现步骤摘要】
用稻壳灰制备磁性硅酸铜吸附剂及其制备方法
：本专利技术属于环保吸附材料
，尤其涉及一种硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂及其制备方法。
技术介绍
：随着经济的发展，染料废水引发的环境污染问题也日益突出。染料通常具有很强的化学稳定性和生物难降解性，因此能在水体中长时间的存在并造成严重的环境污染。染料还可以与环境中的一些重金属离子络合形成复合污染。目前，对染料废水处理常用的方法有光催化降解、膜过滤、絮凝与沉淀、电化学技术以及吸附等。其中，吸附法处理染料废水具有操作简单、投资少、处理后出水水质好等特点而受到重视。但大部分吸附剂因成本高、污染物去除量少、或难于分离和回收等原因不能得到广泛应用。因此，开发一类易于分离和回收，经济且环境友好的高效吸附剂是目前研究人员亟待解决的重要问题。近年来，天然矿物吸附剂被运用于废水的处理。硅酸盐是粘土矿物最常见的组成成分，粘土具有较大的比表面积、稳定的化学机械性能、良好的环境兼容性等特性，是水体污染修复的理想材料之一。但是，天然矿物由于自身吸附能力有限，限制了其应用范围。因此，对天然硅酸盐改性或合成三维多孔结构硅酸盐引起了行业的关注。我国是水稻种植大国，年产稻谷在2亿吨以上，稻壳是稻谷加工中的最大副产物，约占稻谷重量的18～22％，加工后可得稻壳4000余万吨。稻壳可燃物达70％以上，它的发热量约为标准煤的一半，是一种廉价且方便的能源。因此，现阶段稻壳大多作为初级燃料。燃烧后的稻壳灰中含有90％以上的火山岩型高活性二氧化硅，若将稻壳灰加以处理，作为制备硅酸盐吸附剂的硅源，则不仅可以节约成本，同时也可以提高稻壳灰的利用价值。此外，吸附剂与染料废水不易分离、回收和重复利用，也造成了资源浪费。磁性微粒具有外磁场响应能力，能够在外磁场作用下快速富集及定向运动。因此，将吸附剂与磁性微粒复合，制备磁性硅酸盐吸附剂，即可通过磁场分离、回收再利用。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种环保无毒、成本低、对水体中阳离子型染料有较强的吸附作用、并可通过磁场分离回收的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂，相应地，还提供了上述硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂的制备方法。本专利技术的具体技术方案如下：一种磁性硅酸铜吸附剂，该磁性硅酸铜吸附剂的化学式为：CuSiO3·H2O/xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3·H2O质量的百分比，10％≤x≤50％。该磁性硅酸铜吸附剂呈三维花状结构。上述磁性硅酸铜吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将稻壳灰在580～620℃焙烧，研磨后过300目筛，得到白色SiO2粉末备用；2)取上述SiO2粉末和硝酸铜，加入适量蒸馏水，磁力搅拌20～30min，超声振荡10～20min，在上述悬浊液中加入氨水，得到深蓝色悬浊液A；其中SiO2与硝酸铜的摩尔比为1:2～1:1；加入氨水与Cu2+离子的摩尔比为6:1～10:1；3)将悬浊液A转移至反应釜中，加蒸馏水至反应釜体积填充度为70％～80％，将反应釜放入烘箱中在140～180℃温度下水热处理12～20h；反应完全后离心沉降，并将得到的灰蓝色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，至滤液的pH值为中性；灰蓝色沉淀物在70～80℃条件下干燥4～8h，得到硅酸铜吸附剂；4)取上述制备的硅酸铜吸附剂、硝酸铁、硝酸钴，加入适量蒸馏水，磁力搅拌20～30min，再超声振荡10～20min得到悬浊液，向该悬浊液中滴加NaOH溶液调节pH值至11～12，得到悬浊液B；其中，硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为2:1；硝酸铁与硅酸铜吸附剂的质量比为0.3445:1～1.722:1；5)将上述悬浊液B转移至反应釜中，加蒸馏水至反应釜体积填充度为70％～80％，反应釜放入烘箱中在180～200℃温度下水热处理12～20h；反应完全后离心沉降，并将得到的黑色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤，至滤液的pH值为中性；黑色沉淀物在70～80℃条件下干燥4～8h，即可得到磁性硅酸铜吸附剂。步骤2)中所加氨水的质量百分浓度为25％。步骤4)中所用NaOH溶液的浓度为2～4mol/L。本专利技术磁性硅酸铜吸附剂的化学式为：CuSiO3·H2O/xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3·H2O质量的百分比，10％≤x≤50％。制备方法包括以下步骤：(1)稻壳灰焙烧后得到SiO2；(2)SiO2和硝酸铜进行水热反应制备硅酸铜；(3)硅酸铜和硝酸铁、硝酸钴进行水热反应制备CuSiO3·H2O/xCoFe2O4磁性吸附剂。本专利技术相比现有技术具有如下有益效果：1)本专利技术采用稻壳灰为主要原料，制备工艺简单，生产成本低，整个反应在水溶液中进行，没有使用任何有机溶剂，经济环保，便于工业化生产。2)本方法得到的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂具有三维花状结构，比表面积大。且其中含有的Cu2+离子能与染料发生络合作用，提高了磁性吸附剂的吸附性能。3)本方法得到的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂，具有环保无毒、成本低、对水体中的阳离子型染料具有很强的吸附作用，并可通过磁场分离和回收，可重复利用。附图说明：图1为实施例1所制备的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂的X射线衍射谱图；图2为实施例1所制备的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂的扫描电镜图，该图兼作摘要附图；图3为实施例1所制备的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂对亚甲基蓝的吸附量随时间的变化关系；图4为实施例1所制备的硅酸铜/钴铁氧磁性吸附剂的室温磁滞回线，插图表示加磁场后，吸附剂可通过磁场进行分离。具体实施方式：下面结合具体实施实例对本专利技术的技术解决方案作进一步的说明，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。实施例1：本专利技术用稻壳灰制备磁性硅酸铜吸附剂的方法，化学式为：CuSiO3·H2O/xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3·H2O质量的百分比，本例中x＝20％。其具体制备步骤如下：1)将稻壳灰在600℃焙烧，研磨后过300目筛，得到白色SiO2粉末；2)称取0.12g上述SiO2粉末和0.72g硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)(SiO2与硝酸铜的摩尔比为1:1.5)，加入30mL蒸馏水(本次加入蒸馏水的体积为水热反应釜内胆容积的60％，后面再加蒸馏水补充至反应釜体积填充度为75％，前后可进行调节)，磁力搅拌20min，超声振荡15min，超声频率为50Hz，在上述悬浊液中加入2mL质量百分浓度为25％(摩尔浓度为13.33mol/L)的氨水(合26.66mmol)，得到深蓝色悬浊液A；3)将悬浊液A转移至50mL反应釜中，反应釜体积填充度为75％，反应釜放入烘箱中在160℃温度下水热处理16h；反应完全后离心沉降，并将得到的灰蓝色沉淀物用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，至滤液的pH值为中性；在75℃条件下干燥6h；得到硅酸铜吸附剂；4)按配比称取0.2g上述制备的硅酸铜吸附剂、0.1374g硝酸铁(Fe(NO3)2·9H2O)、0.0495g硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)(硝酸铁与硝酸钴的摩尔比为2:1；硝酸铁与硅酸铜吸附剂的质量比为0.687:1)，加入30mL蒸馏水(加入蒸馏水的体积为水热反应釜内胆容积的60％)，磁力搅拌30min，再超声振荡15min，超声频率为50Hz，在上述悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性硅酸铜吸附剂，其特征在于：该磁性硅酸铜吸附剂的化学式为：CuSiO3▪H2O / xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3▪H2O质量的百分比，10 % ≤ x ≤ 50 %。

【技术特征摘要】
1.一种磁性硅酸铜吸附剂，其特征在于：该磁性硅酸铜吸附剂的化学式为：CuSiO3▪H2O/xCoFe2O4，其中x为CoFe2O4的质量占CuSiO3▪H2O质量的百分比，10%≤x≤50%。2.根据权利要求1所述磁性硅酸铜吸附剂，其特征是：该磁性硅酸铜吸附剂呈三维花状结构。3.权利要求1或2所述磁性硅酸铜吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：1）将稻壳灰在580~620℃焙烧，研磨后过300目筛，得到白色SiO2粉末备用；2）取上述SiO2粉末和硝酸铜，加入适量蒸馏水，磁力搅拌20~30min，超声振荡10~20min，在上述悬浊液中加入氨水，得到深蓝色悬浊液A；其中SiO2与硝酸铜的摩尔比为1:2~1:1；加入氨水与Cu2+离子的摩尔比为6:1~10:1；3）将悬浊液A转移至反应釜中，加蒸馏水至反应釜体积填充度为70%~80%，将反应釜放入烘箱中在140~180℃温度下水热处理12~20h；反应完全后离心沉降，并将得到的灰蓝色沉淀物用去离子水和无水乙醇分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵栎，夏明玉，缪菊红，范周洋，李士泽，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32