[发明专利]一种硅-铝-铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硅‑铝‑铁复合材料及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域。该硅‑铝‑铁复合材料，包括内核和包裹内核的外壳；内核为硅‑铝基空心球；外壳中包括铁元素；硅‑铝‑铁复合材料上有孔。本发明的硅‑铝‑铁复合材料，通过结构调整提升了硅‑铝‑铁复合材料的比表面积，当其用于吸附重金属离子时，吸附位点也对应提升，最终提升了其对重金属离子的吸附容量。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种硅-铝-铁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着采矿、冶金等领域产能的提升，每年约有300-400亿吨来自工业活动，含有重金属污染的废水、污泥、溶剂和其他有害物质被排放到水体中。重金属离子将对人类以及接触水体的动植物群构成风险。锰是众多重金属离子中的一种，会导致智力和认知发展不良。例如，锰在特定脑区的过度积累会产生神经毒性，导致退行性脑部疾病；当水中锰离子浓度大于240μg/L时，会导致儿童表现速度、短期记忆和视觉识别能力受损。锰污染的主要来源是废水处理厂和矿山采石场等工业废水，因此含有重金属污染的废水必须经过纯化处理，否则将会造成严重的环境问题。

相关技术中，处理含锰废水的主要技术包括化学沉淀和离子交换法等。这些水处理虽然能够在一定程度上去除锰，但目前的方法在处理能力、设备占用空间、工艺复杂程度、应用范围、维护和运行成本等方面存在缺陷。此外，吸附是一种高效且经济的水处理工艺，由于其高效、简单和环保，已被用于去除不同类型的重金属。但是现有的吸附剂对含锰废水的处理效果不尽人意，因此，急需研究一种高效去除锰的吸附剂。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硅-铝-铁复合材料，具有空心的核壳结构，提升了硅-铝-铁复合材料的比表面积，当其用于吸附重金属离子时，吸附位点也对应提升，最终提升了其对重金属离子的吸附容量。

本发明还提出一种上述硅-铝-铁复合材料的制备方法。

本发明还提出一种具有上述硅-铝-铁复合材料的应用。

根据本发明的一个方面，提出了一种硅-铝-铁复合材料，

包括内核和包裹所述内核的外壳；

所述内核为硅-铝基空心球；

所述外壳中包括铁元素；

所述内核和外壳上分布有孔。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

一定程度上，吸附剂的比表面积与吸附剂的吸附能力呈正相关；本发明提供的硅-铝-铁复合材料同时具有空心结构和孔结构，因此具有较高的比表面积，当其用做吸附剂时，可具有较高的吸附能力。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝-铁复合材料的粒径为0.2～0.3μm。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝-铁复合材料的孔体积为0.55～0.7cm³/g。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝-铁复合材料的比表面积为40～42.5m²/g。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝-铁复合材料对废水中锰的去除效率≥99.72％。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝-铁复合材料对锰的吸附容量≥107.2mg/g。

在本发明的一些实施方式中，所述硅-铝基空心球的主要材质包括硅酸和和氢氧化铝。

在本发明的一些实施方式中，所述外壳的主要材质包括单质铁、氢氧化铁和氢氧化亚铁中的至少一种。

根据本发明的再一个方面，提出了所述硅-铝-铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：