[发明专利]一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法及应用

说明书

一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法及应用，本发明涉及一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法及应用。本发明的目的是为了解决LDHs吸附去除废水中氟离子的离子交换容量低；氟离子无法充分插层进入层间以及吸附剂固定和回收的问题，本发明以膨胀石墨骨架，采用回流法使钴铟双金属氢氧化物沿膨胀石墨的石墨纳米片层均匀成长，通过结构调控，提高了钴铟双金属氢氧化物的比表面积。通过调变LDHs主板层Co²⁺和In³⁺的比例，调控层板电荷密度，增加层间阴离子的数量，提高氟离子交换效率。膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料作为除氟剂表现出良好的吸附效果。本发明应用于水污染治理技术领域。

技术领域

本发明涉及一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法及应用。

背景技术

打好污染防治攻坚战是我国重大战略需求。水污染治理是重大攻坚领域之一。高氟水在我国各地都有分布，天然地质因素和工业生产使水体中氟离子含量过高，长期饮用会引起不同程度的氟中毒疾病。目前，针对污水中氟离子的治理方法主要包括：化学沉淀、混凝沉淀、吸附法和电渗析法等。传统氟离子处理方法存在费用高，操作复杂，效率低，和造成二次污染等问题。吸附法是将废水通过吸附装置，使氟离子与吸附剂上的基团或离子发生离子交换去除。吸附法通常用于处理氟离子浓度较低的废水，适用于经过预处理的水深度处理。目前，常用的氟离子吸附剂主要有：活性氧化铝、载铝离子交换树脂、羟基磷灰石、功能纤维等。实际应用中主要采用活性氧化铝。活性氧化铝对氟离子的离子交换容量不高，吸附量较低(10mg/g)。此外，废水的pH值和共存阴离子对吸附效果会产生干扰；还存在回收再生困难等不足。

层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)是一类重要的二维阴离子型层状化合物，具有类水滑石的片层结构。LDHs具有很好的界面吸附能力和阴离子交换能力，可以应用于吸附处理污水中的阴离子。LDHs的热稳定性使其具有独特的“结构记忆效应”，可以通过结构重建恢复原始的结构，实现材料再生。这弥补了传统阴离子交换树脂水处理材料的不足。因此，LDHs在含氟污水治理中具有较高的研究价值和应用前景。

目前，LDHs材料在氟离子处理应用中存在的问题：(1)LDHs作为吸附剂主要通过离子交换去除氟离子，离子交换容量有待提高；(2)LDHs的结构局限性，导致氟离子无法充分插层进入，层间距需要调控；(3)LDHs的通常存在形式为纳米级粉末，用于处理污水时固液分离困难，回收问题有待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决LDHs吸附去除废水中氟离子的离子交换容量低；氟离子无法充分插层进入层间以及吸附剂固定和回收的问题，提供一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法及应用。

本发明一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、采用天然鳞片石墨制备膨胀石墨

对天然鳞片石墨进行电化学氧化插层反应，然后经热膨胀得到膨胀石墨；

二、采用回流法制备膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料

将硝酸钴和硝酸铟加入到去离子水中，加入表面活性剂超声至充分溶解，然后加入膨胀石墨，超声，再加入尿素，升温进行回流反应，再冷却至室温后抽滤，反应产物用无水乙醇和二次水洗涤数次，然后烘干，得到膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料；其中硝酸钴和硝酸铟的摩尔比为6:1、4:1或2:1；硝酸铟和尿素的摩尔比为1:10。硝酸钴和硝酸铟的总摩尔量与膨胀石墨的摩尔量的比例为10：1。

本发明一种膨胀石墨基钴铟双金属氢氧化物层间复合材料作为除氟剂的应用。