[发明专利]一种锰氧化物负载磁性膨润土及其制备方法与吸附水中重金属镉的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理领域，涉及了利用膨润土-Fe₃O₄-MnO₂去除水中重金属镉，尤其涉及该复合材料的制备和其在镉污染物治理中的应用。

背景技术

镉是一种具有极强毒性的重金属。并且，半衰期长能在生物体内存留数十年，会对人体造成一系列不可逆的损伤。镉离子相比于其它的重金属离子(如Zn²⁺、Cu²⁺和Pb²⁺)来说更难去除，在一些研究当中，较低浓度的Cd²⁺几乎没有办法被去除。

目前，针对该污染物的处理方法有化学沉淀法、电化学法、生物处理法、膜分离法、离子交换法和吸附法等，但是这些技术均存在一些问题，比如投资费用高，周期较长，后续处理困难以及污染物处理量小等弊端。

在众多环境污染治理技术中，吸附法具有操作简单、去除效率高、成本低廉、可循环再生等优点而被广泛研究。膨润土独特的层状结构、高比表面积以及离子可交换性等特性及特殊纳米结构效应，使其成为优良的吸附剂材料。锰氧化物比表面积较大、吸附氧化活性强、ZETA电位值低、活动能力强、表面负电荷丰富等特点，因而对许多金属具有较强的吸附能力。尽管膨润土和对锰氧化物对重金属的吸附能力都较强，但是它们在水中分散性好，难以分离，因此本发明公开了一种新的磁性合成材料，这种新型合成磁性材料可以用来改善吸附材料的分离性能，同时保证材料对中金属的吸附性能。

发明内容

本文通过在磁性膨润土表面负载锰氧化物，制备了一种新型的复合型吸附材料，所制备的材料具有较好的稳定性，可以回收进行循环利用，具有大的比表面积。本发明的另一个目的在于所制备的膨润土-Fe₃O₄-MnO₂材料能在不同的条件下有效治理重金属Cd的污染。

本发明以膨润土为载体，首先在膨润土上负载Fe₃O₄合成磁性膨润土(记为膨润土-Fe₃O₄)，为提高其吸附性能，再在其表面负载锰氧化物，合成锰氧化物负载磁性膨润土(记为膨润土-Fe₃O₄-MnO₂)，作为一种新型的吸附剂来研究其对水体重金属镉的吸附性能及机制。

本发明采用以下技术方案：

一种锰氧化物负载磁性膨润土，所述锰氧化物负载磁性膨润土为表面负载了Fe₃O₄和二氧化锰的膨润土，所述Fe₃O₄的负载量为20.00wt％～30.00wt％；所述二氧化锰的负载量为30.00wt％～40.00wt％。

1.如权利要求1所述的锰氧化物负载磁性膨润土，其特征在于所述的锰氧化物负载磁性膨润土按如下方法制备：

(1)磁性膨润土的制备：将无水FeCl₃溶于超纯水中，加入膨润土，搅拌10～14h，使得膨润土充分吸附Fe³⁺，搅拌完毕后向溶液中持续通入高纯氮气20～60min，排尽溶液中的氧气，加入FeSO₄·7H₂O，再将溶液加热到80～100℃，待温度稳定后迅速加入氨水，继续搅拌45～75min，使生成磁性氧化铁完全负载在膨润土上然后将溶液取出冷却至室温，用磁铁进行固液分离，弃去上清液，并用超纯水反复洗涤，直至溶液中检测不到Cl^-和SO₄²⁺；将得到的固体，干燥后研磨过筛，即制得所述磁性膨润土；

理论制得磁性膨润土中Fe₃O₄的理论物质的量与所述无水FeCl₃、FeSO₄·7H₂O的物质的量比为1:2:1；所述氨水与FeCl₃的物质的量比为4～25:1；所述膨润土的质量与理论制得磁性的膨润土中Fe₃O₄的理论质量比为1:0.75～1；