一种核壳磁性锆基吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种核壳磁性锆基吸附剂及其制备方法及其应用，涉及吸附剂领域。该制备方法包括以下步骤：获取纳米零价铁；将纳米零价铁加溶剂制成悬浊液，接着加入ZrOCl2溶液，然后加入碱液进行反应，最后进行磁选，磁选出的固体为氢氧化锆包覆纳米零价铁的所述核壳磁性锆基吸附剂。本方法中，纳米零价铁在被包覆和使用过程中不被氧化，保持高磁性。所获得的锆基材料具有高比表面积，可高效去除水中污染物，并可高效回收再生利用。本发明专利技术的吸附剂能有效去除水中非金属离子如砷(III)、重金属离子，如锑和铋，吸附率达到90％以上，使用后的吸附剂还可以通过磁吸方式快速回收，并通过碱液浸泡，冲洗、干燥，从而进行多次再生利用。从而进行多次再生利用。从而进行多次再生利用。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳磁性锆基吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水污染吸附材料领域，尤其涉及一种能去除水中化学污染物的纳米材料。

技术介绍

[0002]水污染是由有害化学物质造成水的使用价值降低或丧失。污水中的酸、碱、氧化剂，以及铜、镉、汞、砷等化合物，苯、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物，会毒死水生生物，影响饮用水源、风景区景观。其中，砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。其中，三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。
[0003]在水污染修复技术中，吸附法因其操作简单、成本低，被认为是最有前途的修复技术。吸附法对溶解态污染物的物理化学分离技术。废水处理中的吸附处理法，主要是指利用固体吸附剂的物理吸附和化学吸附性能，去除废水中多种污染物的过程，处理对象为剧毒物质和生物难降解污染物。但是现有能吸附水中一些重金属离子的吸附剂，尤其是能吸附水中三价砷的吸附剂存在使用后无法回收和重复利用的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有能吸附水中三价砷的吸附剂在水吸附作用后无法回收和重复利用的问题，本专利技术以提供一种能吸附水中三价砷且在使用后可以回收重新利用的吸附剂为目的。为此，本专利技术提出了以下技术方案。
[0005]一种核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1，获取纳米零价铁；
[0007]S2，将纳米零价铁加溶剂制成悬浊液，接着加入ZrOCl2溶液，然后加入碱液进行反应，最后进行磁选，磁选出的固体为氢氧化锆包覆纳米零价铁的所述核壳磁性锆基吸附剂。
[0008]作为该核壳磁性锆基吸附剂的制备方法的一种改进，在步骤S2中，所述ZrOCl2和所述纳米零价铁，以ZrOCl2中的Zr元素和纳米零价铁的Fe元素的质量比为(0.5～3)：1进行添加。
[0009]作为该核壳磁性锆基吸附剂的制备方法的一种改进，在步骤S1中，获取所述纳米零价铁是通过：在搅拌和无氧条件下，按照FeCl3和NaBH4的摩尔比为1：(3～40)的添加比例，将FeCl3溶液加入到NaBH4溶液中进行反应1～30min，反应后磁吸出固体，将该磁吸出的固体清洗后得到所述纳米零价铁。
[0010]作为该核壳磁性锆基吸附剂的制备方法的一种改进，步骤S2具体为：室温下，在将纳米零价铁置于乙醇中制成悬浊液后，再加入ZrOCl2乙醇溶液和水，然后加入NaOH乙醇溶液进行超声反应，所添加的NaOH和ZrOCl2的摩尔比为4:1，接着加入甲醇溶液，最后通过磁分离收集固体，用乙醇清洗，干燥后获得所述核壳磁性锆基吸附剂。
[0011]作为该核壳磁性锆基吸附剂的制备方法的进一步改进，在步骤S2中，ZrOCl2和纳米零价铁的相互添加比例，以ZrOCl2中的Zr元素和纳米零价铁的Fe元素的质量比值分别为0.5、1和2进行添加，得到的所述核壳磁性锆基吸附剂分别表示为NZVI@0.5Zr、NZVI@1Zr和NZVI@2Zr。
[0012]一种核壳磁性锆基吸附剂，根据以上任一项所述的制备方法所制备得到。所述核壳磁性锆基吸附剂为由氢氧化锆包裹纳米零价铁的核壳结构。
[0013]一种如上所述的核壳磁性锆基吸附剂的应用，应用于吸附水中的三价砷、五价砷、锑和/或铋，吸附后，采用磁吸方式将吸附有污染物的所述核壳磁性锆基吸附剂从水中分离出来，并使用碱液进行浸泡脱附以回收所述核壳磁性锆基吸附剂。
[0014]作为该核壳磁性锆基吸附剂的应用的一种改进，使用0.1mol/L的NaOH溶液进行浸泡脱附以回收所述核壳磁性锆基吸附剂。
[0015]作为该核壳磁性锆基吸附剂的应用的一种改进，所述吸附水中的三价砷，具体为吸附水中的AsO2‑
和/或AsO
33
‑
。
[0016]作为该核壳磁性锆基吸附剂的应用的一种改进，所述核壳磁性锆基吸附剂吸附水中污染物的时间为20～28h。
[0017]本专利技术的有益效果是：设计合成了一种氢氧化锆包覆纳米零价铁的核壳磁性锆基吸附剂，被包覆的纳米零价铁可以长时间保持稳定不被氧化，氢氧化锆能有效去除水中非金属离子如砷(III)、重金属离子(如锑和铋)，吸附率达到90％以上，使用后的吸附剂还可以通过磁吸方式快速回收，并通过碱液浸泡，冲洗、干燥，而得到再生利用。
附图说明
[0018]图1是试验例1测试得到的纯NZVI、NZVI@1Zr和NZVI@2Zr的XRD谱图。
[0019]图2是试验例2测试得到的NZVI@0.5Zr和NZVI@2Zr的磁性曲线图。
[0020]图3是试验例3测试得到的不同pH条件下，NZVI@2Zr对As(III)在90分钟和24小时的去除率比较图。
[0021]图4是试验例4测试得到的不同阴离子共存下NZVI@2Zr对As(III)在24小时的去除率柱状图。
[0022]图5是试验例5测试得到的NZVI@2Zr多次回收再生对As(III)在90分钟的去除率柱状图。
[0023]图6是NZVI@0.5Zr、NZVI@1Zr和NZVI@2Zr经过24h去除As(III)的对比试验结果图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0025]一种核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1，获取纳米零价铁；
[0027]S2，室温下(如5～40℃环境温度)，将纳米零价铁加溶剂制成悬浊液，接着加入
ZrOCl2溶液，然后加入碱液进行反应生成氢氧化锆，并且生成的氢氧化锆包裹在纳米零价铁的表面，最后进行磁选，磁选出的固体为氢氧化锆包覆纳米零价铁的所述核壳磁性锆基吸附剂。
[0028]氢氧化锆具有能吸附水中一些非金属离子和重金属离子的能力，但是单纯的氢氧化锆无磁性，在水中使用后无法快速回收。纳米零价铁可以通过还原、吸附、沉淀的作用来去除水中的一些重金属离子，但是单独的纳米零价铁(NZVI)会被水中的氧气氧化，并且无法重复利用。本方法通过将氢氧化锆包覆纳米零价铁，得到核壳磁性锆基吸附剂，既利用了纳米零价铁核的磁性，又利用了氢氧化锆的吸附性，可以吸附水中第五主族的一些元素化合物，吸附后还能通过磁选分离，再进行脱附，从而能重复利用。
[0029]其中，在步骤S2中，所述ZrOCl2和所述纳米零价铁，可选择以ZrOCl2中的Zr元素和纳米零价铁的Fe元素的质量比为(0.5～3)：1进行添加，得到的氢氧化锆包覆纳米零价铁的核壳结构，既能有效包裹纳米零价铁，又控制了合理的外壳厚度，使得吸附剂保持较大的磁性，形成的外壳层还能充分吸附水中的污染物。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取纳米零价铁；S2，将纳米零价铁加溶剂制成悬浊液，接着加入ZrOCl2溶液，然后加入碱液进行反应，最后进行磁选，磁选出的固体为氢氧化锆包覆纳米零价铁的所述核壳磁性锆基吸附剂。2.根据权利要求1所述的核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述ZrOCl2和所述纳米零价铁，以ZrOCl2中的Zr元素和纳米零价铁的Fe元素的质量比为(0.5～3)：1进行添加。3.根据权利要求1所述的核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，获取所述纳米零价铁是通过：在搅拌和无氧条件下，按照FeCl3和NaBH4的摩尔比为1：(3～40)的添加比例，将FeCl3溶液加入到NaBH4溶液中进行反应1～30min，反应后磁吸出固体，将该磁吸出的固体清洗后得到所述纳米零价铁。4.根据权利要求1所述的核壳磁性锆基吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：室温下，在将纳米零价铁置于乙醇中制成悬浊液后，再加入ZrOCl2乙醇溶液和水，然后加入NaOH乙醇溶液进行超声反应，所添加的NaOH和ZrOCl2的摩尔比为4:1，接着加入甲醇溶液，最后通过磁分离收集固体，用乙醇清洗，干燥后获得所述核壳磁性锆基吸附剂。5.根据权利要求1～4任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡奕博，樊晓瑶，马黎航，杜婷，苑宝玲，付明来，刘淑坡，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：