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1、(10)申请公布号 CN 102921372 A (43)申请公布日 2013.02.13 CN 102921372 A *CN102921372A* (21)申请号 201110230539.2 (22)申请日 2011.08.11 B01J 20/08(2006.01) B01J 20/30(2006.01) C02F 1/28(2006.01) C02F 1/62(2006.01) (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路 1239 号 (72)发明人 朱志良 郭艳微 仇雁翎 樊陈锋 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 蒋亮珠。
2、 (54) 发明名称 一种层状羟基复合金属氧化物及其制备方法 和应用 (57) 摘要 本发明涉及一种层状羟基复合金属氧化物及 其制备方法和应用， 是以金属元素铜、 镁、 铁的盐 类为原料， 合成一种层状羟基复合金属氧化物， 并用于水中砷的吸附去除。工艺步骤如下 ： 首先 配置含有一定浓度的铜、 镁、 铁盐的溶液 1， 并配 制含有一定浓度氢氧化钠、 碳酸钠的溶液 2 ； 然后 将两种溶液在一定的条件下相互混合， 同时不断 进行搅拌， 产生沉淀 ； 然后将反应后的溶液在一 定温度下陈化一段时间， 离心并用去离子水反复 冲洗沉淀物至上清液为中性 ； 过滤分离沉淀物， 在一定温度下烘干一定时间， 即。
3、制得同时含有铜、 镁、 铁三种元素的层状羟基复合金属氧化物吸附 剂。与现有技术相比， 本发明产品可有效处理和 净化水砷的污染， 且具有利用率高、 成本低廉等优 点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种层状羟基复合金属氧化物， 其特征在于， 该氧化物为同时含铜、 镁、 铁三种元素 的层状羟基复合金属氧化物。 2. 一种如权利要求 1 所述的层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 该方 法包括以下步骤 ： (1) 。
4、溶液的准备 将 Cu、 Mg 和 Fe 的盐溶于去离子水中， 配制成溶液 1， 溶液 1 中含 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+的浓度 分别为 20mmolL-1 500mmolL-1； 取 Na2CO3和 NaOH 溶于去离子水中， 配制成溶液 2， 溶 液 2 中含 Na2CO3和 NaOH 的浓度分别为 400mmolL-1 2000mmolL-1； (2) 合成过程 将溶液 1 和溶液 2 相互混合到去离子水中， 使 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+三种金属离子物质的量之 和与 Na2CO3和 NaOH 物质的量之和的比例为 (0.1 10) 1， 同时搅拌反应， 反应过程中保 持 p。
5、H 值为 8.5 13.5 ； (3) 陈化及烘干 步骤 (2) 反应完成后， 得到含沉淀的溶液， 在一定温度下陈化一定的时间， 将陈化后的 溶液离心， 将分离得到的沉淀物反复用去离子水冲洗至上清液为中性， 然后在一定温度下 烘干得到产品。 3. 根据权利要求 2 所述的一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 步 骤 (1) 所述的 Cu、 Mg 和 Fe 的盐为硝酸盐、 盐酸盐或硫酸盐。 4. 根据权利要求 2 所述的一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 步 骤 (2) 所述的搅拌反应的速度为 50 1000rpm。 5. 根据权利要求 2 所述的一种层状羟基复。
6、合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 步骤 (3) 所述的陈化的温度为 10 100， 陈化的时间为 6h 72h， 烘干温度为 60 250。 6. 一种如权利要求 1 所述的层状羟基复合金属氧化物的应用， 其特征在于， 称取层状 羟基复合金属氧化物加入到含砷水溶液中， 以酸或碱溶液调节溶液的 pH 值后， 置于一定温 度的恒温箱中振荡一定时间， 然后， 测定上清液中砷的浓度， 根据吸附前后水中砷的浓度 差， 确定吸附剂对水中砷元素的吸附量。 7. 根据权利要求 6 所述的层状羟基复合金属氧化物的应用， 其特征在于， 所述的含砷 水溶液中砷的浓度范围为 1 200mg/L， 所述的层状羟基。
7、复合金属氧化物在含砷水溶液中 的浓度为 0.1-0.3g/L。 8. 根据权利要求 6 所述的层状羟基复合金属氧化物的应用， 其特征在于， 所述的调节 溶液的 pH 的碱为氢氧化钠或氨水， 酸为盐酸、 硝酸或硫酸， 溶液的 pH 范围为 2.0 11.0。 9. 根据权利要求 6 所述的层状羟基复合金属氧化物的应用， 其特征在于， 所述的恒温 箱的振荡速率为 50 500rpm， 振荡时间为 1 72 小时， 振荡温度为 10 60。 权 利 要 求 书 CN 102921372 A 2 1/4 页 3 一种层状羟基复合金属氧化物及其制备方法和应用 技术领域 0001 本发明属于水中砷及重金属。
8、污染的处理技术领域， 涉及利用化学试剂合成含有 铜、 镁、 铁的层状羟基复合金属氧化物作为吸附剂， 并将其应用于水中砷及重金属离子的去 除， 实现受污染水的净化。 背景技术 0002 砷污染对人体健康的危害是世界性的问题， 目前世界上有十几个国家发生大区域 的砷污染事件。我国是这方面污染较为严重的国家之一， 砷污染一直影响着我国西北地区 等地农村居民的饮用水安全。 目前， 对水体中砷的去除方法包括混凝、 共沉淀、 膜分离、 吸附 等。吸附法以其经济高效、 操作方便等优点在饮用水工程中得到广泛应用。 0003 层状羟基复合金属氧化物 (LDHs) 是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非 共价键。
9、的相互作用组装而成的化合物。传统的 LDHs 是由二价的镁离子和三价的铝离子构 成， 至今没有同时含有铜、 镁、 铁离子的 LDHs 材料用于水体中砷去除的相关研究报道。 发明内容 0004 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单， 产品 的吸附性能良好的层状羟基复合金属氧化物及其制备方法和应用。 0005 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ： 一种层状羟基复合金属氧化物， 其 特征在于， 该氧化物为同时含铜、 镁、 铁三种元素的层状羟基复合金属氧化物。 0006 一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤 ： 0007 (1) 溶。
10、液的准备 0008 将 Cu、 Mg 和 Fe 的盐溶于去离子水中， 配制成溶液 1， 溶液 1 中含 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+的 浓度分别为 20mmol L-1 500mmol L-1； 取 Na2CO3和 NaOH 溶于去离子水中， 配制成溶液 2， 溶液 2 中含 Na2CO3和 NaOH 的浓度分别为 400mmolL-1 2000mmolL-1； 0009 (2) 合成过程 0010 将溶液 1 和溶液 2 相互混合到去离子水中， 使 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+三种金属离子物质的 量之和与 Na2CO3和 NaOH 物质的量之和的比例为 (0.1 10) 1， 同时搅。
11、拌反应， 反应过程 中保持 pH 值为 8.5 13.5 ； 0011 (3) 陈化及烘干 0012 步骤 (2) 反应完成后， 得到含沉淀的溶液， 在一定温度下陈化一定的时间， 将陈化 后的溶液离心， 将分离得到的沉淀物反复用去离子水冲洗至上清液为中性， 然后在一定温 度下烘干得到产品。 0013 步骤 (1) 所述的 Cu、 Mg 和 Fe 的盐为硝酸盐、 盐酸盐或硫酸盐。 0014 步骤 (2) 所述的搅拌反应的速度为 50 1000rpm。 0015 步骤 (3) 所述的陈化的温度为 10 100， 陈化的时间为 6h 72h， 烘干温度为 60 250。 说 明 书 CN 10292。
12、1372 A 3 2/4 页 4 0016 一种层状羟基复合金属氧化物的应用， 其特征在于， 称取层状羟基复合金属氧化 物加入到含砷水溶液中， 以酸或碱溶液调节溶液的 pH 值后， 置于一定温度的恒温箱中振荡 一定时间， 然后， 测定上清液中砷的浓度， 根据吸附前后水中砷的浓度差， 确定吸附剂对水 中砷元素的吸附量。 0017 所述的含砷水溶液中砷的浓度范围为 1 200mg/L， 所述的层状羟基复合金属氧 化物在含砷水溶液中的浓度为 0.1-0.3g/L。 0018 所述的调节溶液的 pH 的碱为氢氧化钠或氨水， 酸为盐酸、 硝酸或硫酸， 溶液的 pH 范围为 2.0 11.0。 0019 。
13、所述的恒温箱的振荡速率为 50 500rpm， 振荡时间为 1 72 小时， 振荡温度为 10 60。 0020 与现有技术相比， 本发明合成了一种同时含铜、 镁、 铁三种元素的层状羟基复合金 属氧化物， 结合吸附技术用于水中砷污染物的吸附分离， 实现了水中砷的有效去除和水的 净化。具有制备方便、 利用效率高等优点。 附图说明 0021 图 1 为本发明方法的工艺流程图 ； 0022 图 2 为本发明同时含铜、 镁、 铁的羟基复合金属氧化物材料吸附水中砷的应用实 例路径图。 具体实施方式 0023 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0024 实施例 1 ： 0025 如图 1-2。
14、 所示， 一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 及该层状羟基复合金 属氧化物对砷的吸附去除应用， 步骤如下 ： 0026 (1) 配置 100ml 的溶液 1， 溶液 1 中含有 Cu2+、 Mg2+和 Fe3+， 其中 Cu2+的浓度为 20mmolL-1、 Mg2+的浓度为 20mmolL-1、 Fe3+的浓度为 20mmolL-1； 另配置 100ml 的溶液 2， 溶液 2 中含有 Na2CO3和 NaOH， Na2CO3的浓度为 400mmolL-1， NaOH 的浓度为 400mmolL-1。 0027 (2) 将上述配置好的溶液 1 和溶液 2 以一定速度滴加到含有 100ml。
15、 的去离子水的 烧杯中， 滴加过程中进行剧烈搅拌， 搅拌速度为 1000rpm， 同时控制反应过程的 pH 值保持在 11 左右。 0028 (3) 将反应后的溶液在 20下陈化， 离心， 并用去离子水反复冲洗沉淀物， 至上清 液的 pH 值达到中性。在 150下烘干， 用研钵磨成粉末状。 0029 (4)称取0.0200g上述方法制备的层状吸附剂， 置于100ml含5.0mg/L五价砷的砷 酸盐溶液中， 以氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节溶液的 pH 为 6。将溶液置于恒温振荡培养箱 中24小时， 振荡速率为150rpm， 使用ICP测反应后溶液中砷的浓度， 结果表明本吸附剂对五 价砷的吸附容量达。
16、 16mg/g。 0030 实施例 2 ： 0031 (1) 配置 50ml 的溶液 1， 溶液 1 中含有 Cu2+、 Mg2+和 Fe3+， 其中 Cu2+的浓度为 500mmol L-1、 Mg2+的浓度为500mmol L-1、 Fe3+的浓度为500mmol L-1， 另配置50ml的溶液2， 说 明 书 CN 102921372 A 4 3/4 页 5 溶液 2 中含有 Na2CO3和 NaOH， Na2CO3的浓度为 2000mmol L-1， NaOH 的浓度为 2000mmol L-1。 0032 (2) 将上述配置好的溶液 1 和溶液 2 以一定速度滴加到含有 200ml 。
17、的去离子水的 烧杯中， 滴加过程中烧杯进行剧烈搅拌， 同时控制反应过程的 pH 值保持在 10 左右。 0033 (3) 将反应后的溶液在 35下陈化， 离心， 并用去离子水反复冲洗， 至上清液的 pH 值达到中性。在 200下烘干， 用研钵磨成粉末状。 0034 (4)称取0.0500g上述方法制备的层状吸附剂， 置于250ml含5.0mg/L三价砷的亚 砷酸盐溶液中， 以氢氧化钠溶液和盐酸溶液调节溶液的 pH 为 5.5。将溶液置于恒温振荡培 养箱中12小时， 振荡速率为250rpm， 使用ICP测反应后溶液中三价砷的浓度， 结果表明本吸 附剂对三价砷的吸附容量达 12mg/g。 0035。
18、 实施例 3 0036 一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤 ： 0037 (1) 溶液的准备 0038 将Cu(NO3)2、 Mg(NO3)2和Fe(NO3)3溶于去离子水中， 配制成溶液1， 溶液1中含Cu2+、 Mg2+、 Fe3+的浓度均为 50mmol L-1； 取 Na2CO3和 NaOH 溶于去离子水中， 配制成溶液 2， 溶液 2 中含 Na2CO3和 NaOH 的浓度均为 800mmolL-1； 0039 (2) 合成过程 0040 将溶液 1 和溶液 2 相互混合到去离子水中， 使 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+三种金属离子物质的 量之。
19、和与 Na2CO3和 NaOH 物质的量之和的比例为 0.1 1， 同时搅拌反应， 搅拌反应的速度 为 50rpm， 反应过程中保持 pH 值为 8.5 ； 0041 (3) 陈化及烘干 0042 步骤 (2) 反应完成后， 得到含沉淀的溶液， 在 10下陈化 6h， 将陈化后的溶液离 心， 将分离得到的沉淀物反复用去离子水冲洗至上清液为中性， 然后在 60温度下烘干得 到产品。 0043 (4) 应用 0044 称取层状羟基复合金属氧化物加入到含砷水溶液中， 含砷水溶液中砷的浓度为 1mg/L， 层状羟基复合金属氧化物的浓度为 0.1g/L， 以氢氧化钠溶液调节所得含砷水溶液的 pH值为11。
20、.0后， 置于10的恒温箱中振荡72小时， 振荡速率为50rpm， 然后， 测定上清液中 砷的浓度， 根据吸附前后水中砷的浓度差， 确定吸附剂对水中砷元素的吸附量。 0045 实施例 4 0046 一种层状羟基复合金属氧化物的制备方法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤 ： 0047 (1) 溶液的准备 0048 将Cu(SO4)2、 Mg(SO4)2和Fe(SO4)2溶于去离子水中， 配制成溶液1， 溶液1中含Cu2+、 Mg2+、 Fe3+的浓度均为 50mmol L-1； 取 Na2CO3和 NaOH 溶于去离子水中， 配制成溶液 2， 溶液 2 中含 Na2CO3和 NaOH 的浓度均。
21、为 800mmolL-1； 0049 (2) 合成过程 0050 将溶液 1 和溶液 2 相互混合到去离子水中， 使 Cu2+、 Mg2+、 Fe3+三种金属离子物质的 量之和与 Na2CO3和 NaOH 物质的量之和的比例为 10 1， 同时搅拌反应， 搅拌反应的速度为 1000rpm， 反应过程中保持 pH 值为 13.5 ； 0051 (3) 陈化及烘干 说 明 书 CN 102921372 A 5 4/4 页 6 0052 步骤(2)反应完成后， 得到含沉淀的溶液， 在100下陈化72h， 将陈化后的溶液离 心， 将分离得到的沉淀物反复用去离子水冲洗至上清液为中性， 然后在 250温度下烘干得 到产品。 0053 (4) 应用 0054 称取层状羟基复合金属氧化物加入到含砷水溶液中， 含砷水溶液中砷的浓度为 200mg/L， 层状羟基复合金属氧化物的浓度为 0.3g/L， 以盐酸调节所得含砷水溶液的 pH 值 为 2 后， 置于 60的恒温箱中振荡 1 小时， 振荡速率为 500rpm， 然后， 测定上清液中砷的浓 度， 根据吸附前后水中砷的浓度差， 确定吸附剂对水中砷元素的吸附量。 说 明 书 CN 102921372 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102921372 A 7 。