[发明专利]一种二维黏土基金属镧单原子吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维黏土基金属镧单原子吸附剂及其制备方法和应用。二维黏土基金属镧单原子吸附剂包括金属镧单原子和二维黏土矿物，金属镧单原子锚定在二维黏土矿物的表面。制备步骤如下：利用碳氮化合物作为前驱体，去吸附分散的镧单原子，初步得到镧单原子种子，然后将镧单原子种子与改性的二维黏土矿物载体进行复合，通过热解将镧单原子锚定在二维黏土矿物表面。本发明制备的二维黏土基金属镧单原子吸附剂具有快速的除磷性能，用于污水除磷，针对不同P浓度(5‑200mg/L)均能够在30min内达到吸附平衡，对磷酸盐吸附具有选择性，能够去除实际污水中的大部分含磷物质。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种二维黏土基金属镧单原子吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前的研究报道中，水体除磷的方法主要有化学沉淀法、生物法、离子交换法、膜分离法、结晶法、电解法和吸附法等，其中吸附法具有处理效率高、速度快、操作简单、可重复利用等优势而受到人们的关注。镧是一种我国储量丰富的稀土元素，对含氧阴离子具有较强的亲合力，可以与磷酸根以摩尔比1:1形成稳定不可溶于水的LaPO₄沉淀。因此，近年来，越来越多研究学者对新型的镧改性吸附材料进行了研究和探索，在这些镧改性吸附材料中镧元素在吸附剂中多以氧化物、氢氧化物或其他含镧化合物的形式存在，对镧元素的利用率较低，大多数吸附剂达到吸附平衡的时间较长，吸附平衡时间范围大约在2-12h，吸附效率低下。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有快速除磷性能的二维黏土基金属镧单原子吸附剂及其制备方法和应用。

本发明提出一种二维黏土基金属镧单原子吸附剂，二维黏土基金属镧单原子吸附剂包括金属镧单原子和二维黏土矿物，所述金属镧单原子锚定在所述二维黏土矿物的表面。

一种如上述的二维黏土基金属镧单原子吸附剂的制备方法，步骤如下：利用碳氮化合物作为前驱体，去吸附分散的镧单原子，初步得到镧单原子种子，然后将镧单原子种子与改性的二维黏土矿物载体进行复合，通过热解将镧单原子锚定在二维黏土矿物表面。

进一步的，具体过程如下：

步骤S1：将双氰胺在氩气氛围下进行焙烧处理后加入到含有乙酰丙酮镧的乙醇溶液和柠檬酸溶液的混合液中，超声并烘干，并在氩气氛围下进行焙烧处理，得到镧单原子种子；

步骤S2：利用PVP和PEI对二维黏土矿物进行改性，加入步骤S1中的镧单原子种子，超声并充分搅拌，烘干后在空气氛围下进行焙烧处理，得到二维黏土基金属镧单原子吸附剂。

进一步的，步骤S2中所述的二维黏土矿物为累托石、高岭石、蒙脱石的一种或两种。

进一步的，步骤S2中所述的焙烧处理过程的温度为400-500℃，焙烧处理时间为1-3h。

进一步的，步骤S2中所述的焙烧处理过程的升温速率为5-10℃/min。

进一步的，步骤S1中混合液中乙酰丙酮镧、柠檬酸和乙醇的质量体积比为1:1:10-2:1:10。

进一步的，乙酰丙酮镧和二维黏土矿物的质量比为1:1-1:2.5。

一种如上述的二维黏土基金属镧单原子吸附剂的应用，用于吸附废水中的磷酸盐。

与现有含镧吸附剂相比，本发明的特点和有益效果是：

(1)本发明制备的二维黏土基金属镧单原子吸附剂中金属镧组分以单原子的形式存在。

(2)本发明选用储量丰富、价格低廉的二维黏土矿物作为镧单原子的载体，降低了二维黏土基金属镧单原子吸附剂的制备成本。