[发明专利]一种MnZnFe-LDH材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种MnZnFe‑LDH材料的制备方法及其应用，属于环境功能材料制备和重金属离子治理技术领域。即利用一定量50％Mn(NO₃)₂溶液、Zn(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O配置的金属混合溶液，在70℃、搅拌条件下滴加NaOH和Na₂CO₃混合碱液，保持pH为10～12，滴加结束后继续剧烈搅拌2h，再70℃水浴陈化24h后，经过离心、洗涤、干燥、研磨后得到MnZnFe‑LDH材料。该制备方法制得的材料对于水中的As(Ⅲ)和Pb²⁺吸附能力强，可用于废水重金属离子的去除，且具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料制备和重金属离子治理技术领域，特别涉及一种MnZnFe-LDH材料的制备方法及其应用。

背景技术

重金属在自然界中很难被降解，并且会随着人类的活动和食物链，进入到人体和动物体内，对其健康造成危害。砷主要以+3和+5价的价态存在，在自然界中分别对应亚砷酸离子(AsO₂^-)和砷酸离子(AsO₄^3-)两种形式，其中前者毒性远大于后者，且两者都可以溶于水。受到砷污染的饮用水和食物会引起人类和动物体砷中毒，皮肤破损以及长期含砷废水的肢体接触也会使砷趁虚而入。而铅在自然界中具有分布广、易提取、易加工等特点，是人类最早使用的金属之一。环境的铅不能被降解，可通过直接饮用或食物链进入人体，从而给人体健康带来极大危害。因此，降低水体重金属污染不仅是亟待解决的环境问题，也是关系到公众健康的社会安全问题，对重金属污染水体的研究治理已迫在眉睫。

目前，应用于从废水中去除重金属的常规、高效的方法有：化学沉淀法、离子交换法、电化学处理法、氧化还原法、吸附剂、膜分离技术等，但这些方法仍存在一定的缺陷。相比之下，吸附法具有高效、环境友好、经济性以及适应性强等特点，引起了研究者的关注，从而被广泛应用于从水环境中去除污染物。

层状双氢氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)，是一种具有巨大比表面积和较高阴离子交换容量的且易于人工合成的具有层状结构的多金属化合物，其通式可表示为大量实验证明，层状金属氢氧化物及其材料能作为吸附剂去除水中的重金属离子，且吸附效果显著，而在吸附方面，多元LDHs往往比二元LDHs具有更优异的性能。针对重金属污染问题，本研究制备了MnZnFe-LDH层状三金属氢氧化物材料，并应用于对水中As(Ⅲ)和Pb²⁺的吸附。以上材料的制备有望在重金属污染水体治理方面有所应用，对环境可持续发展具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种MnZnFe-LDH材料的制备方法及其应用。以50％硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁为混合金属盐溶液，以氢氧化钠和碳酸钠为混合碱溶液，采用共沉淀法，得到一种对水体中As(Ⅲ)和Pb²⁺具有高效去除能力的MnZnFe-LDH材料。

本发明所提供的制备MnZnFe-LDH材料的具体步骤如下：

(1)将总金属摩尔浓度为0.192～0.384mol/L的混合金属硝酸盐加到盛有250ml超纯水的烧杯中，混合均匀后放到磁力搅拌器上，保持70～80℃、剧烈搅拌条件下滴加混合碱溶液，滴加结束后保持pH为10～12继续在70～80℃条件下剧烈搅拌2h后，所得混合物在70～80℃条件下水浴老化24～48h；

(2)将步骤(1)所得沉淀物用超纯水洗涤3～6次，直至pH不变，在75℃条件下干燥24～48小时，最后研磨并过200目筛，即制得MnZnFe-LDH材料。