一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法及应用与流程

1.本发明属于水环境吸附材料技术领域，具体涉及铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法及应用。


背景技术：

2.近年来，伴随着我国工业化和城市现代化进程的不断加快，在满足当今社会各类需求的同时，也相应出现了越来越多很严重的环境污染问题。与此同时，各种有机污染物、无机污染物和病毒等，不断地被大量引入到水环境中，已经对包括人类在内的所有生物造成了严重的生命健康威胁，因此水环境污染成为厄待解决的问题，对各类污染水体进行必要的深度处理已经刻不容缓。
3.水环境的污染源主要来自于各种未经处理或仅通过初步处理便排放到江河湖泊之中的工业废水和城市生活污水，其中工业废水危害巨大且处理难度高，需要引起足够的重视。工业废水的形式主要有重金属工业废水和有机污染废水等。在重金属污染中，铬是一种很常见的污染物且毒性大，处理困难。因此，国内外研究者高度重视对于含铬废水的治理。考虑到铁和锰氧化物对水体中重金属具有良好的吸附和氧化性能，且两种氧化物的混合可以有效预防了颗粒间的团聚；而硅藻土表面有大量的自由羟基和缔合羟基，在催化反应、界面吸附反应中均起到了重要作用，可与一些有机分子的羟基、氨基、酮基、羧基等形成氢键而使其吸附在表面，同时也是实现对废弃硅藻土的二次再生利用。因此，通过负载铁锰氧化物在硅藻土基的表面制成新型吸附剂，应用于含铬废水的处理过程中。


技术实现要素：

4.解决的技术问题：本发明主要是提出一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法及应用，解决现有技术中存在成本高、效果差等技术问题。
5.为达到上述目的，本发明的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
6.步骤一，将废弃硅藻土进行预处理；
7.步骤二，按照硅藻土、分散剂、feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o的质量比为10～15：0.5～0.75：7～10：2.5～3.5：2～3准备原料；
8.步骤三，将硅藻土与分散剂一同溶于去离子水中，超声1.5～2.h使其充分分散，得到均匀的悬浮液；
9.步骤四，向该溶液中分别投加入已溶解的feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o，剧烈搅拌的同时，以5m的naoh溶液调节混合液ph在7
‑
8；
10.步骤五，然后放置在磁力搅拌器上搅拌使反应充分后；
11.步骤六，室温放置老化12h，待出现明显分层后过滤、分离沉淀物，去离子水洗净；
12.步骤七，在烘箱中100～110℃烘干约4h后取出研磨，得到铁锰氧化物负载的硅藻土基改性吸附剂。
13.进一步的，所述的预处理的步骤包括：
14.将预定定质量废弃硅藻土于naoh溶液中浸泡并进行磁力搅拌，持续时间为25～40min；
15.随后过滤取出硅藻土，于离心机中离心10～15min以使其干燥；
16.将干燥后的硅藻土用浓盐酸浸泡并磁力搅拌5～10分钟，重复此过程2～3次；
17.取出硅藻土样品，用蒸馏水清洗2
‑
3遍；
18.放入烘箱中烘干并研磨成粉，得到预处理完成的硅藻土样品备用。
19.进一步的，所述第一步中naoh溶液浓度3mol/l，浓盐酸10mol/l，体积均为250ml。进一步的，所述第二步中硅藻土、分散剂、feso4
·
7h2o、kmno4、mncl2
·
4h2o的质量比为硅藻土、分散剂、feso4
·
7h2o、kmno4、mncl2
·
4h2o的质量比为10：0.5：
20.7：2.5：2。
21.进一步的，磁力搅拌器温度为55～65℃，搅拌转速为120
‑
220r/min，持续搅拌1.5～2.5h。
22.为达到上述目的，本发明上述的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法制成的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂在含铬废水处理中的应用。
23.本发明所述一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法及应用采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
24.1、原材料丰富，获取途径简单，价格低廉，无危险性；同时还可以实现对废弃硅藻土的再生利用，变废为宝。
25.2、该制备方法工艺简单，对含铬废水有着较好的去除效果；铁锰氧化物与硅藻土的合成负载既能有效避免自身易团聚的缺点，又可以增强硅藻土的吸附效能，并且对重金属离子有一定的氧化作用。
26.3、采用langmuir、frendlich、dubinin
‑
radushkevich(d
‑
r)和tekin四种等温吸附模型，分别拟合不同温度下的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的平衡吸附量与吸附平衡后溶液中剩余的铬离子浓度之间的关系。由拟合结果显示，langmuir等温吸附模型的相关系数r2值最大，对cr(vi)的吸附过程拟合效果最佳，最大吸附量为54.872mg/g，且最大吸附量随着温度的上升而增加。
27.4、一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂吸附cr(vi)的pseudo
‑
one和pseudo
‑
second动力学模型拟合结果显示，pseudo
‑
second动力学模型能更好的拟合吸附过程，相关系数r2达到0.9996，对cr(vi)的去除率达到了90.2％。
附图说明：
28.图1为本发明铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备工艺流程图示意图。
具体实施方式：
29.下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
30.实施例1
31.如图1所示，一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
32.步骤一，首先对来自南京啤酒厂的已使用后的废弃硅藻土进行预处理：先将一定
质量废弃硅藻土于naoh溶液中浸泡并进行磁力搅拌，持续时间为25～40min，随后过滤取出硅藻土，于离心机中离心10～15min以使其干燥，干燥后的硅藻土再用浓盐酸浸泡并磁力搅拌5～10分钟，重复此过程2～3次后，取出硅藻土样品，蒸馏水清洗三遍，放入烘箱中，设置温度110～130℃，时间为12h，烘干后取出并研磨成粉，得到预处理完成的硅藻土样品备用。
33.步骤二，按照硅藻土、分散剂、feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o的质量比为10～15：0.5～0.75：7～10：2.5～3.5：2～3。先将硅藻土与分散剂一同溶于去离子水中，超声1.5～2.h使其充分分散，得到均匀的悬浮液，随后向该溶液中分别投加入已溶解的feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o，剧烈搅拌的同时，以5m的naoh溶液调节混合液ph在7
‑
8，然后放置在磁力搅拌器上，设置温度为55～65℃，搅拌转速为120
‑
220r/min，持续搅拌1.5～2.5h，使反应充分后再室温放置老化12h，待出现明显分层后过滤、分离沉淀物，去离子水洗净，在烘箱中100～110℃烘干约4h后取出研磨，得到铁锰氧化物负载的硅藻土基改性吸附剂。
34.以制得的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂为作为吸附材料，将铬标准贮备液逐级稀释分别得到浓度为5、10、20、30、40和50mg/l的cr(vi)溶液，取6个250ml锥形瓶，分别向其中倒入50ml的不同浓度的cr(vi)溶液，并在每个锥形瓶中投加30mg的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂，同时用0.1m的naoh溶液和0.1m的hcl溶液将cr(vi)溶液的ph调节为2.0，将盛有吸附剂和溶液的锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，分别在25℃、30℃和35℃下以转速150rpm反应24h，达到吸附平衡后，分别取出样品用0.45μm的针孔过滤器过滤后测其剩余金属离子的浓度。采用langmuir、frendlich、dubinin
‑
radushkevich(d
‑
r)和tekin四种等温吸附模型，分别拟合不同温度下的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的平衡吸附量与吸附平衡后溶液中剩余的铬离子浓度之间的关系。由拟合结果显示，langmuir等温吸附模型的相关系数r2值最大，对cr(vi)的吸附过程拟合效果最佳，最大吸附量为54.872mg/g，且最大吸附量随着温度的上升而增加。
35.实施例2
36.如图1所示，一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
37.步骤一，首先对来自南京啤酒厂的已使用后的废弃硅藻土进行预处理：先将一定质量废弃硅藻土于naoh溶液中浸泡并进行磁力搅拌，持续时间为25～40min，随后过滤取出硅藻土，于离心机中离心10～15min以使其干燥，干燥后的硅藻土再用浓盐酸浸泡并磁力搅拌5～10分钟，重复此过程2～3次后，取出硅藻土样品，蒸馏水清洗三遍，放入烘箱中，设置温度110～130℃，时间为12h，烘干后取出并研磨成粉，得到预处理完成的硅藻土样品备用。
38.步骤二，按照硅藻土、分散剂、feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o的质量比为10～15：0.5～0.75：7～10：2.5～3.5：2～3。先将硅藻土与分散剂一同溶于去离子水中，超声1.5～2.h使其充分分散，得到均匀的悬浮液，随后向该溶液中分别投加入已溶解的feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o，剧烈搅拌的同时，以5m的naoh溶液调节混合液ph在7
‑
8，然后放置在磁力搅拌器上，设置温度为55～65℃，搅拌转速为120
‑
220r/min，持续搅拌1.5～2.5h，使反应充分后再室温放置老化12h，待出现明显分层后过滤、分离沉淀物，去离子水洗净，在烘箱中100～110℃烘干约4h后取出研磨，得到铁锰氧化物负载的硅藻土基改性吸附剂。
39.为了对铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的吸附动力学进行拟合，将准备cr(vi)储备液通过稀释得到10mg/l的cr(vi)溶液，各取50ml加入到一组250ml的锥形瓶中，加入30mg的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂，同时用0.1m的naoh溶液或0.1m的hcl溶液将cr
(vi)溶液的ph调节为2.0，将盛有吸附剂和溶液的锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，在25℃下以转速150rpm反应，分别在10min，30min，60min，120min，180min，240min和300min时取出样品用0.45μm的针孔过滤器过滤后测其剩余金属离子的浓度。使用pseudo
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one和pseudo
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second动力学模型拟合结果显示，pseudo
‑
second动力学模型能更好的拟合吸附过程，相关系数r2达到0.9996，对cr(vi)的去除率达到了90.2％。
40.实施例3
41.如图1所示，一种铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
42.步骤一，首先对来自南京啤酒厂的已使用后的废弃硅藻土进行预处理：先将一定质量废弃硅藻土于naoh溶液中浸泡并进行磁力搅拌，持续时间为25～40min，随后过滤取出硅藻土，于离心机中离心10～15min以使其干燥，干燥后的硅藻土再用浓盐酸浸泡并磁力搅拌5～10分钟，重复此过程2～3次后，取出硅藻土样品，蒸馏水清洗三遍，放入烘箱中，设置温度110～130℃，时间为12h，烘干后取出并研磨成粉，得到预处理完成的硅藻土样品备用。
43.步骤二，按照硅藻土、分散剂、feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o的质量比为10～15：0.5～0.75：7～10：2.5～3.5：2～3。先将硅藻土与分散剂一同溶于去离子水中，超声1.5～2.h使其充分分散，得到均匀的悬浮液，随后向该溶液中分别投加入已溶解的feso4·
7h2o、kmno4、mncl2·
4h2o，剧烈搅拌的同时，以5m的naoh溶液调节混合液ph在7
‑
8，然后放置在磁力搅拌器上，设置温度为55～65℃，搅拌转速为120
‑
220r/min，持续搅拌1.5～2.5h，使反应充分后再室温放置老化12h，待出现明显分层后过滤、分离沉淀物，去离子水洗净，在烘箱中100～110℃烘干约4h后取出研磨，得到铁锰氧化物负载的硅藻土基改性吸附剂。
44.以制得的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂为作为吸附材料，将铬标准贮备液逐级稀释分别得到浓度为5、10、20、30、40和50mg/l的cr(vi)溶液，取6个250ml锥形瓶，分别向其中倒入50ml的不同浓度的cr(vi)溶液，并在每个锥形瓶中投加30mg的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂，同时用0.1m的naoh溶液或0.1m的hcl溶液将cr(vi)溶液的ph调节为2.0，将盛有吸附剂和溶液的锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，分别在25℃、30℃和35℃下以转速150rpm反应24h，达到吸附平衡后，分别取出样品用0.45μm的针孔过滤器过滤后测其剩余金属离子的浓度。采用langmuir、frendlich、dubinin
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radushkevich(d
‑
r)和tekin四种等温吸附模型，分别拟合不同温度下的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的平衡吸附量与吸附平衡后溶液中剩余的铬离子浓度间的关系。由拟合结果显示，langmuir等温吸附模型的相关系数r2值最大，对cr(vi)的吸附过程拟合效果最佳，最大吸附量为54.872mg/g，且最大吸附量随温度的上升而增加。
45.为了对铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂的吸附动力学进行拟合，将准备cr(vi)储备液通过稀释得到10mg/l的cr(vi)溶液，各取50ml加入到一组250ml的锥形瓶中，加入30mg的铁锰氧化物负载的硅藻土基吸附剂，同时用0.1m的naoh溶液或0.1m的hcl溶液将cr(vi)溶液的ph调节为2.0，将盛有吸附剂和溶液的锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，在25℃下以转速150rpm反应，分别在10min，30min，60min，120min，180min，240min和300min时取出样品用0.45μm的针孔过滤器过滤后测其剩余金属离子的浓度。使用pseudo
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one和pseudo
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second动力学模型拟合结果显示，pseudo
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second动力学模型能更好的拟合吸附过程，相关系数r2达到0.9996，对cr(vi)的去除率达到了90.2％。