[发明专利]一种锰铁水滑石的制备方法和应用

说明书

本发明属于材料技术领域，公开了一种锰铁水滑石的制备方法和应用。该锰铁水滑石的制备方法包括以下步骤：(1)将水通入惰性气体，然后加入锰盐、铁盐，溶解，制得金属溶液；(2)将碱溶解在经过惰性气体处理过的水中，制得碱液；(3)惰性气体保护下，将金属溶液、碱液同时滴加到经过惰性气体处理过的水中，滴加的过程进行搅拌，得到混合液；(4)惰性气体保护下，将混合液水浴陈化，过滤，取沉淀物，洗涤，冷冻干燥，制得锰铁水滑石。该锰铁水滑石纯度高且结晶程度高，对As(Ⅲ)的吸附量超过为130mg/g，对As(Ⅴ)吸附量超过70mg/g。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种锰铁水滑石的制备方法和应用。

背景技术

砷及其化合物是环境中的剧毒污染物，会对水质、生态和人体健康造成严重的危害。水体环境中的砷有As(Ⅲ)和As(Ⅴ)两种价态，主要以无机阴离子形式存在。对砷污染的处理方式主要有沉淀法、吸附法、生物法和膜分离法等。其中，吸附法是利用具有较大比表面积和亲和力的吸附剂，将砷吸附固定在吸附剂表面或内部的方法，操作简单。现有技术中的吸附剂具有一定的除砷效果。

水滑石，也叫层状双金属氢氧化物(layered double hydroxide，LDH)，是水滑石和类水滑石化合物的统称，由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成，对阴离子型污染物具有优异的吸附性能。LDH的主体层板的化学组成可调变，具有与Mg²⁺离子半径接近的M²⁺、M³⁺或M⁴⁺，如Mn²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Al³⁺和Fe³⁺等均可组成LDH层板。铁氧化物和锰氧化物对砷均有很强的亲和力，其主要的砷吸附位点为Mn-O(H)或Fe-O(H)，常用作砷污染的吸附材料。锰铁水滑石(Mn-Fe LDH)层板上Mn-OH与Fe-OH位点密度高，且层间可与阴离子型污染物进行离子交换，相较其他铁锰氧化物具有更大的砷吸附容量。

现有技术中常用共沉淀法和水热法来合成锰铁水滑石，但合成的锰铁水滑石一般含有杂质，或者结晶度低。根据已报道的锰铁水滑石制备方法，做了以下尝试：1、在不隔绝氧气的条件下采用共沉淀法制备，无法得到Mn-Fe LDH，样品中含有大量Mn₂CO₃杂质；2、在隔绝氧气的条件下采用共沉淀法制备，则会得到结晶程度较低的Mn-Fe LDH且含有大量Mn₂CO₃杂质；3、采用能够提高水滑石结晶程度的水热法来合成Mn-Fe LDH，则会加速Mn盐的氧化，形成铁锰尖晶石及Mn的多种矿物。因此，已报道的制备方法，无论是否隔绝氧气，均难以获得纯度高且结晶程度高的锰铁水滑石。含杂质或结晶度低的锰铁水滑石会导致对砷离子的吸附效果一般，例如现有技术中制备的锰铁水滑石对对砷离子的吸附容量较难超过6.8mg/g。

因此，亟需提供一种新的锰铁水滑石的制备方法，使得制备的锰铁水滑石不仅纯度高，而且结晶度高，从而提升对砷的吸附效果。

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，本发明提出一种锰铁水滑石的制备方法和应用。

本发明的目的是解决现有制备方法难以获得纯度高且结晶程度高的锰铁水滑石的技术问题，根据铁锰水滑石合成特性，本发明通过选择特定的混合方式和反应条件(即在特定条件下进行金属溶液和碱液的滴加，以及控制混合液的温度)，提供的锰铁水滑石的制备方法，该制备方法步骤简单、耗时短、成功率高，且制备的Mn-Fe LDH(锰铁水滑石)纯度高且结晶程度高，具有优异的砷吸附性能，例如对As(Ⅲ)的吸附量超过130mg/g，对As(Ⅴ)吸附量超过70mg/g，吸附效果远远优于现有技术。

本发明的第一方面提供一种锰铁水滑石的制备方法。

具体的，一种锰铁水滑石的制备方法，包括以下步骤：