[发明专利]一种有效去除低浓度磷酸根的层状双金属氧化物吸附剂制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种有效去除低浓度磷酸根的层状双金属氧化物吸附剂制备方法，以及本发明涉及制备方法所得层状双金属氧化物吸附剂对水体中低浓度磷酸根的吸附应用，属于纳米材料领域。

背景技术：

随着工农业现代化的发展，大量氮、磷等营养物质随污水进入水体，使得近海和湖泊水体出现富营养化，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，造成水体水质恶化、水生生物大量死亡等后果，不但破坏生态系统，而且产生的毒素会通过食物链威胁人类健康。研究表明磷是水体富营养化的关键控制因素，当其浓度高于0.03mg/L时，水体的富营养化就会导致赤潮或水华发生。因此，有效降低排放废水中磷的含量对抑制水体富营养化、预防赤潮或水华发生具有重要意义。国内外废水除磷的方法主要有生物法、吸附法、化学沉淀法、结晶法和离子交换法、以及生态法等，其中吸附法因其具有设备简单、操作简便、不产生二次污染等优点，倍受青睐，而粘土矿物因其具有独特的层状结构、大的比表面积、良好的吸附和离子交换性能，且储量丰富、价格低廉、对环境无毒无害、容易再生，已作为新型高效的吸附材料在废水除磷领域得到了广泛应用[Zhou J,Yang S,Yu J,Shu Z.Novel hollow microspheres of hierarchical zinc–aluminum layered double hydroxides and their enhanced adsorption capacity for phosphate in water.J.Hazard.Mater.2011,192,1114–1121.]。

层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDH)是一类阴离子粘土，其通式为[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O，其中M(OH)₆八面体共用棱而呈现开放的片层堆积结构，每个八面体单元由六配位的中心金属离子M和位于顶点的OH-形成。由于部分M²⁺被M³⁺取代会使片层带结构正电荷，层间存在可交换的阴离子使电荷达到平衡。LDH层间的接合力较弱，夹层空间富有弹性，具有较大的表面积、较高的离子交换容量和优良的热稳定性等特点，对有机和无机阴离子表现出很强的捕获能力。然而LDH在400～800℃煅烧后可产生非化学计量的层状双金属氧化物(LDO)，由于LDH的“记忆效应”，煅烧产物LDO在含有污染物的水溶液中发生水合，重新恢复LDH的过程中将阴离子污染物插入层间，因而具有更高的吸附容量[Cai P,Zheng H,Wang C,Ma H,Hu J,Pu Y,Liang P.Competitive adsorption characteristics of fluoride and phosphate on calcined Mg-Al-CO₃layered double hydroxides.J.Hazard.Mater.2012,213-214,100-108.]。目前LDH和LDO已成功用于排放废水、海水中磷酸银的去除。但是常规法制备所得的LDH粒径较大且形貌不可控，而且使用时容易发生聚集，得到的煅烧产物LDO对污染物的吸附性能并没有得到充分发挥，因此，提高前驱体LDH的表面积、增加吸附位点和吸附容量，对开发高效LDO吸附剂有着重要的意义。

反相微乳液通常是无数的“微小水滴”分散在连续油相中，形成的各向同性、透明和热力学稳定的分散体系，由水、油、表面活性剂和助表面活性剂等组分以适当比例组成。这些稳定的彼此分离的每一个“微小水滴”都是一个微反应器，拥有很大的界面，其可调的大小不仅能够控制纳米粒子的成核和生长，而且还能控制粒子的大小，被认为是可控制备无机纳米粒子的优良介质。传统反相微乳液中都含有表面活性剂，采用它们制备的无机纳米粒子无一例外地都混有表面活性剂，特别是采用反相微乳液制备LDH时，表面活性剂会以阴离子形式插层到其层间，或吸附在层状材料的表面[Hu G,O’Hare D.Unique layered double hydroxide morphologies using reverse microemulsion synthesis,J.Am.Chem.Soc.2005,127,17808-17813.]，使所得吸附材料使用时会造成二次污染，而且也使吸附材料的再生过程异常繁琐，成本较高。