一种介孔Fe3O4复合吸附剂的一步制备及其在治理含As(Ⅲ)水溶液中的应用的制作方法

一种介孔fe3o4复合吸附剂的一步制备及其在治理含as(ⅲ)水溶液中的应用
技术领域
1.本发明涉及污水治理领域，具体涉及一种介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法及其在治理含as(ⅲ)水溶液中的应用。


背景技术：

2.砷(as)，俗称砒，是一种在环境中广泛存在的剧毒致癌元素。砷通过含砷矿石的开采和冶炼暴露于土壤或空气环境中，然后随着降雨从受污染的土壤和空气中淋失，并流入地表水和地下水，导致严重的水污染。在天然水中，大多数砷以无机状态存在，即as(v)和as(ⅲ)。与as(v)相比，as(ⅲ)具有更强的毒性容易导致严重的人类癌症、心血管和呼吸系统疾病。由于as(ⅲ)对吸附剂中心的亲和力较弱且具有更强的溶解性和流动性，去除难度较大。
3.在砷污染治理方面，已经有化学沉淀法、微生物还原法、膜分离法、植物修复法、氧化法、絮凝法、胶结法和吸附法等被用于处理污水中的as(ⅲ)。其中，吸附法因其成本低、效率高、操作简单而被广泛使用。因此，人们提出了许多吸附材料来处理受砷污染的水，包括粘土、沸石、纤维素、海藻酸盐、壳聚糖、生物炭和氧化铁。
4.在众多材料中，fe3o4材料对as(ⅲ)的高吸附能力，在地球上大量存在，因此在as(ⅲ)修复中被广泛接受。但由于fe3o4颗粒较小，比表面积较大，容易发生自团聚现象，导致吸附效率降低。传统的解决方法是将fe3o4负载到载体表面，限制其自身团聚，增强其砷吸附能力。但载体通常不具备砷吸附特性，降低了材料的吸附特性。此外，以kit
‑
6等介孔二氧化硅为硬模板剂制备介孔四氧化三铁，制备介孔四氧化三铁后，将模板去除，解决了模板载体对砷污染物无吸附性的缺点。然而，复杂的操作步骤，严格的实验要求限制了其广泛的应用。因此，一种更简单的操作要求和快速的制备方法来制备介孔四氧化三铁，能够有效的将介孔四氧化三铁应用到实际三价砷处理过程中。


技术实现要素：

5.为了解决现有工艺中存在的问题，本发明提供了一种介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法及其在治理含as(ⅲ)水溶液中的应用，其介孔fe3o4复合吸附剂，操作简单，环境友好，吸附效率高，工艺要求低，并将其运用于分离水溶液中的as(ⅲ)。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种介孔fe3o4复合吸附剂，由fe3o4和sio2组成，其原素含量比为fe:si:o＝37.85:3.84:58.36。
8.一种介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法，以六水三氯化铁和七水硫酸亚铁为原料，以介孔空心球为模板剂，加入一定量的氢氧化钠溶液为沉淀剂和模板去除剂，适量的氢氧化钠添加在介孔空心球表面沉淀fe3o4的同时去除了空心球模板，得到介孔fe3o4复合吸附剂，具体制备步骤如下：
9.(1)精确称量33.3mg的六水三氯化铁和16.7mg七水硫酸亚铁分别溶解在50ml中的去离子水中，即铁盐比为2：1，然后两种溶液在氮气氛围下的三颈瓶中混合均匀以防止亚铁盐氧化，制得铁盐溶液；
10.(2)精准称量50.0mg的介孔空心球模板剂分散在步骤(1)中的三颈瓶中，在氮气氛围下不断搅拌至混合均匀，使铁盐充分分散在介孔空心球表面和孔径中，得到混合溶液；
11.(3)向步骤(2)制得的混合溶液中迅速加入100ml，2mol/l的氢氧化钠溶液沉淀剂和模板去除剂，在氮气氛围下室温下搅拌1小时，使氢氧化钠溶液与铁盐混合均匀及初步沉淀；
12.(4)将步骤(3)制得的溶液升温至70℃，继续在氮气氛围下搅拌4小时，使铁盐充分沉淀同时去除介孔空心球模板剂；
13.(5)用大量去离子水洗至中性，去除多余的氢氧化钠，60℃下真空干燥即得介孔fe3o4复合吸附剂。
14.作为本发明的优选实施例，所述六水三氯化铁和七水硫酸亚铁的重量比为2～1.5：1。
15.作为本发明的优选实施例，所述六水三氯化铁和七水硫酸亚铁的重量比为2：1。
16.作为本发明的优选实施例，所述介孔空心球与铁盐溶液的重量比为3：1～27。
17.作为本发明的优选实施例，所述介孔空心球与铁盐溶液的重量比为1：1。
18.作为本发明的优选实施例，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～ 3mol/l，优选为2mol/l。
19.一种介孔fe3o4复合吸附剂在治理含as(ⅲ)水溶液中的应用。
20.作为本发明的优选实施例，所述as(ⅲ)水溶液为亚砷酸钠水溶液。
21.作为本发明的优选实施例，在25ml浓度为100mg/l的as(ⅲ)水溶液中加入5mg介孔fe3o4复合吸附剂，在230rpm，ph8，37℃条件下，充分震荡吸附24h。
22.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
23.(1)本发明所得的介孔fe3o4复合吸附剂对水中as(ⅲ)的吸附能力较高，能达189.5mg/g以上。
24.(2)本发明介孔fe3o4复合吸附剂采用一步法制备，操作简单、快速，可大规模生产。
具体实施方式
25.以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
26.本发明去除水体中砷的吸附剂，按下述方法制备，以六水三氯化铁和七水硫酸亚铁为原料，以介孔空心球为模板剂，加入一定量的氢氧化钠溶液为沉淀剂和模板去除剂，产物经大量去离子水洗至中性后，即得该吸附材料。
27.本发明介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法，具体制备步骤如下，
28.(1)精确称量16.7
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299.7mg的六水三氯化铁和16.7
‑
299.7mg七水硫酸亚铁分别溶解在50ml中的去离子水中，然后两种溶液在氮气氛围下的三颈瓶中混合均匀；
29.(2)精准称量50.0
‑
150mg的空心球分散在上述三颈瓶，在氮气氛围下不断搅拌至
混合均匀；
30.(3)向上述混合溶液中迅速加入100ml，1
‑
3mol/l的氢氧化钠溶液，在氮气氛围下室温下搅拌1小时；
31.(4)将上述溶液升温至70℃，继续在氮气氛围下搅拌4小时；
32.(5)用大量去离子水洗至中性，60℃下真空干燥即得介孔fe3o4复合吸附剂。
33.本发明去除水中砷的方法，先将待测水体中的砷浓度配制成 100mg/l,调节ph值为8,并加入5.0mg介孔fe3o4复合吸附剂，吸附 24h。
34.一种介孔fe3o4复合吸附剂在治理含as(ⅲ)水溶液中的应用。 as(ⅲ)水溶液为亚砷酸钠水溶液。在100mg/l的as(ⅲ)水溶液中加入 5mg介孔fe3o4复合吸附剂，在230rpm，ph8，37℃条件下，充分震荡吸附24h。
35.实施例1：
36.(1)精确称量33.3mg的六水三氯化铁和16.7mg七水硫酸亚铁分别溶解在50ml中的去离子水中，即铁盐比为2：1，然后两种溶液在氮气氛围下的三颈瓶中混合均匀；
37.(2)精准称量50.0mg的空心球分散在上述三颈瓶，在氮气氛围下不断搅拌至混合均匀；
38.(3)向上述混合溶液中迅速加入100ml，2mol/l的氢氧化钠溶液，在氮气氛围下室温下搅拌1小时；
39.(4)将上述溶液升温至70℃，继续在氮气氛围下搅拌4小时；
40.(5)用大量去离子水洗至中性，60℃下真空干燥即得介孔fe3o4复合吸附剂。
41.吸附结果：
42.称取5.0mg介孔fe3o4复合吸附剂于含25ml，浓度为100mg/l 的as(ⅲ)溶液的锥形瓶中，37℃，230rpm，ph8条件下震荡24h后，过0.22um针头式滤器后用icp
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ms检测上清液中残留砷浓度，从而计算介孔fe3o4复合吸附剂对水溶液中as(ⅲ)的吸附能力。as(ⅲ)的吸附能力达189.5mg/g。
43.实施例2：
44.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(1)中30.0mg的六水三氯化铁和20.0mg七水硫酸亚铁，即铁盐比为1.5：1。其余步骤均相同。
45.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达128.2mg/g。
46.实施例3：
47.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(2)中添加150.0mg介孔空心球，即介孔空心球与总铁盐质量比为3：1。其余步骤均相同。
48.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达120.8mg/g。
49.实施例4：
50.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(1)中添加99.9mg的六水三氯化铁和50.1mg七水硫酸亚铁，即空心球与总铁盐的质量比为1：3。其余步骤均相同。
51.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达
165.3mg/g。
52.实施例5：
53.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(1)中添加199.8mg的六水三氯化铁和100.2mg七水硫酸亚铁，即介孔空心球与总铁盐的质量比为1：6。其余步骤均相同。
54.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达157.1mg/g。
55.实施例6：
56.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(1)中添加299.7mg的六水三氯化铁和150.3mg七水硫酸亚铁，即介孔空心球与总铁盐的质量比为1：9。其余步骤均相同。
57.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达154.8mg/g。
58.实施例7：
59.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(3)中添加1mol/l氢氧化钠溶液。其余步骤均相同。
60.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达111.2mg/g。
61.实施例8：
62.本实施例的介孔fe3o4复合吸附剂的制备方法与实施例1不同之处在于：(3)中添加3mol/l氢氧化钠溶液。其余步骤均相同。
63.吸附结果：本实施例中吸附条件与实施例1中条件相同。as(ⅲ) 的吸附能力达180.8mg/g。
64.表1为上述各实施方案对as(ⅲ)的吸附能力对照表
[0065][0066]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。