[发明专利]一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用。该制备方法包括提纯海泡石的酸处理和酸处理的海泡石二氧化锰改性，即先通过酸对海泡石进行处理，然后采用高锰酸钾和浓盐酸进行液相氧化还原产生二氧化锰，对酸处理后海泡石采用二氧化锰适量的负载。本发明过程简单，所得吸附剂有效地结合了二氧化锰和固体吸附剂的优点，显著提高了吸附剂的吸附性能，吸附效果好，特别适用于重金属离子的去除，而且相比其他固体吸附剂，价格更便宜，明显降低了生产成本，更加有利于规模化和工业化发展。

技术领域

本发明属于吸附剂制备领域，具体涉及一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用。

背景技术

随着重金属离子排放引发水体污染带来的生态环境问题日益严峻，Cd²⁺如何去除受到越来越多人的关注。在Cd²⁺的排放源中，主要来自机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼和某些化工企业的排放。

工业上Cd²⁺的去除方法有沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法和生物法等。其中，吸附法由于其操作简单、成本低廉、二次污染小和吸附剂可重复利用特点是目前研究较多和应用较为广泛的方法。吸附剂中天然矿石分布广、低廉易得，是环境修复中前景可观的吸附材料。

海泡石是一种纤维状富镁硅酸盐天然粘土矿，其理想晶体单元分子式为Mg₈(Si₁₂O₃₀)(OH)₄·12H₂O，它具有由镁氧八面体和硅氧四面体交替排列形成的层链状结构的结构单元，这种结构组成的纤维内拥有与纤维方向一致的孔道，孔道大小为0.38nm×0.94nm，孔道中充满了水分子(孔道水)；在纤维的外表面，这些孔道形成通道，沿着纤维边缘，每便分布着一个硅烷(Si-OH)基团；在纤维端点也有向外部伸出的OH基团，它们与镁氧八面体中的氧原子相连。这种结构使得海泡石具有统一的孔径、较高的比表面积、优良的离子交换能力。

二氧化锰作为具有吸附能力的过渡金属氧化物，比表面积大、表面吸附位点多，其表面带有负电荷，孔隙率高、粒径小、吸附活性高，对重金属有强烈的吸附和富集作用。选用便宜且性质优良的固体吸附剂并将二氧化锰负载，是降低Cd²⁺吸附剂成本，增加工业应用可能性的重要措施。这些性能使得海泡石成为二氧化锰负载固体吸附剂的选择。

目前，国内外研究人员开展了利用二氧化锰负载矿石吸附重金属和染料等方面的研究。E.Eren等(Desalination and Water Treatment 2010,20,114–122)人利用二氯化锰与氢氧化钠在碱性条件下生成的二氧化锰改性海泡石，应用于吸附水溶液中的Cu²⁺，在适宜的条件下最大吸附量由未改性的5.55mg/g增加到改性的6.70mg/g。Runping Han等人(Journal of Hazardous Materials 2006,137,934-942.)利用高锰酸钾与浓盐酸反应产生的二氧化锰包裹石英沙填充在吸附柱中去除水溶液中的Cu²⁺和Pb²⁺,在最佳的吸附条件下对Pb²⁺的吸附量达到0.365mmol/g，对Cu²⁺的吸附量达到0.125mmol/g。Ahmet Sarl等(Microporous and Mesoporous Materials 2013,170,155–163.)人使用氯化锰和氢氧化钠反应生成的二氧化锰改性蛭石吸附Ag⁺，吸附量由原来未改性的46.2mg/g增加到改性后的69.2mg/g。

上述研究中，E.Eren对海泡石进行MnO₂改性前后，吸附性能并未得到很好的提升。虽然Runping Han和Ahmet Sarl将材料进行MnO₂改性后，重金属离子吸附量有所提高，但是提高幅度并不大，因为在碱性制备条件下生成的MnO₂中掺杂着大量Mn(OH)₂，会影响吸附效果。

发明内容