[发明专利]一种单层水滑石纳米材料及其高效矿化去除废水中高浓度重金属离子的应用

说明书

本发明公开了一种单层水滑石纳米材料及其高效矿化去除废水中高浓度重金属离子的应用。本发明在可溶二价金属盐和可溶三价金属盐混合溶液中添加硼酸，硼酸在水溶液中结合获得[B₄O₅(OH)₄]^2‑，然后和碱溶液同时加入全返混旋转液膜反应器中得到粒径均一的插层水滑石，层间[B₄O₅(OH)₄]^2‑较大的空间位阻增大水滑石层板间距，然后使用层板抑制剂丙酮剥层，最后用乙醇洗涤至中性，得到单层水滑石纳米片，烘干后获得单层水滑石纳米材料粉体。本发明制得的单层水滑石纳米材料具有大的比表面积，可以提供更多的吸附活性位点，提高了重金属离子的吸附速率及容量，对于多种电镀废水中常见的重金属离子均可实现高速、高效去除的效果。

技术领域

本发明属于含重金属离子废水的矿化处理技术领域，具体涉及一种单层水滑石纳米材料及其高效矿化去除废水中高浓度重金属离子的应用。

背景技术

目前，废水中重金属离子的处理方式主要包括：化学法、吸附法、电化学法、离子交换法及生物法等，但各方法存在不同程度的弊端。其中化学法通常通过中和沉淀、硫化物沉淀等方式，但该类方式通常处理不完全，难以直接达到国家对相应重金属离子的排放需求；电化学法通常是采用直流电去除重金属离子，其能耗相对较大，且对于低浓度重金属离子处理不适用；离子交换法及生物处理法生产成本偏高，因而不适用于大规模废水处理领域。吸附法过程效率较高，且不产生大量废渣或废料，因而同时具有资源节约和环境友好的特点，可以在很大程度上满足我国对于电镀废液中重金属离子去除的目标。目前常用的吸附剂包括活性碳，羟基磷灰石，石灰等，在酸性的重金属废液中存在消耗量大，稳定性弱等问题，开发高性能吸附矿化剂是该领域的核心问题。

水滑石材料又称为层状双羟基复合金属氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)，化学式为：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+[A^p-_x/p]^x-·mH₂O，其中M²⁺表示+2价金属阳离子，M³⁺表示+3价金属阳离子，A^p-表示带有p个负电荷的阴离子，x表示 M³⁺/(M²⁺+M³⁺)金属的比例，m表示结合水分子的数量。水滑石材料具有高度可调变的层板元素比例以及层间阴离子具有丰富的可调控性，使得其具有良好的催化作用。除催化领域外，水滑石材料因其较大的比表面积和同时该材料具有较高的稳定性，在重金属离子吸附领域也展现出了极优的性能。

发明内容

基于以上现有技术存在的问题，本发明提供一种单层水滑石纳米材料及其高效矿化去除废水中高浓度重金属离子的应用。

本发明所述的单层水滑石纳米材料的制备方法为：在可溶二价金属盐和可溶三价金属盐混合溶液中添加硼酸，硼酸在水溶液中结合获得[B₄O₅(OH)₄]^2-，然后和碱溶液同时加入全返混旋转液膜反应器中剧烈循环搅拌10s-5min，在强大的剪切力场作用下得到粒径均一的插层水滑石，层间[B₄O₅(OH)₄]^2-较大的空间位阻增大水滑石层板间距，然后使用层板抑制剂丙酮剥层，最后用乙醇洗涤至中性，得到单层水滑石纳米片，烘干后获得单层水滑石纳米材料粉体。

所述的可溶二价金属盐选自镁盐、锌盐、钴盐、镍盐、钙盐中的一种或几种。

所述的可溶三价金属盐选自铝盐、铁盐、钴盐中的一种或几种。

所述混合溶液中金属离子的总浓度为0.01-1.00M，二价金属离子和三价金属离子的摩尔比1:1-5。