CN113184921B

CN113184921B - 基于含镍污泥的ldh基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN113184921B
Application number: CN202110440510.0A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 田琼; 邱凤仙; 赵奔程; 李张迪; 杨冬亚
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2041-04-23
Also published as: CN113184921A

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及LDH基复合材料，尤其涉及一种基于含镍污泥的LDH基复合材料，包括污泥和LDH纳米片，LDH纳米片的尺寸为400～800 nm，质量百分比含量不低于10%，其中所述LDH纳米片为Ni‑Al LDH、Mg‑Al LDH和Zn‑Al LDH中的一种或多种任意组合，与污泥均匀混合。本发明还公开了所述材料的制备方法。本发明以含重金属的固废污泥制备功能材料，将污泥变废为宝，不仅解决了重金属污泥难处理的问题，而且该材料性质稳定、比表面积大，可用于催化、吸附和化学分离领域；其制备方法简单经济、无二次污染产生，适宜工业应用。

Description

基于含镍污泥的LDH基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及LDH基复合材料，尤其涉及一种基于含镍污泥的LDH基复合材料及其制备方法。

背景技术

电镀为材料、能源和化工等领域做出巨大贡献的同时也造成了环境污染，如重金属离子和含重金属的污泥污染。含镍污泥是含重金属污泥的主要类型之一，主要来源于金属冶炼、电镀、皮革和电池等工业生产过程以及废水的排放。Ni²⁺等重金属离子可通过食物链在植物、动物和人体内进行生物累积，将对人类生活、生产造成巨大影响，限制社会经济的可持续发展。

传统的重金属污泥处理方法主要是填埋法，其投资小、处理量大，但是污泥中所含的营养物质会为大量病原体的繁殖创造条件，有害成分若泄漏可能导致地下水污染。目前，从污泥中回收和去除重金属离子的方法主要有化学浸出法、稳定/固化、萃取法、植物修复、膜分离和离子交换等方法，这些处理方法不可避免地存在着高成本、处理效率低、处理不完全、易二次污染等缺点。因其成分复杂，很少有研究集中在重金属污泥的资源利用上。因此，对污泥进行无害化处置和资源化利用迫在眉睫。

层状双氢氧化物（LDHs）是一类层间键强、层间相互作用力较弱的无机功能材料，具有出色的捕获有机和无机阴离子的能力，广泛应用于污染控制和化工分离等领域。本发明提供了一种基于含镍污泥的LDH基复合材料，以含镍污泥为原料，将污泥变废为宝，不仅解决了重金属污泥难处理的问题，还提供了一种很有发展前途的污染控制材料，它的研究和应用在环境保护领域和实际工业应用中显示了巨大潜力。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种基于含镍污泥的LDH基复合材料及其制备方法。

技术方案：

一种基于含镍污泥的LDH基复合材料，包括污泥和LDH纳米片，LDH纳米片的尺寸为400～800 nm，质量百分比含量不低于10%，其中所述LDH纳米片为Ni-Al LDH、Mg-Al LDH和Zn-Al LDH中的一种或多种任意组合，与污泥均匀混合。

上述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍污泥120～200°C干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100μm的粉末，400～800°C煅烧4～8 h，得预处理污泥；

b）按多孔氧化铝与沉淀剂的摩尔比为2:1～1:4计，将多孔氧化铝、预处理污泥和二价金属盐分散在0.05～0.5 mol/L的沉淀剂溶液中混匀后，转移至反应釜，140～220°C水热反应12～48 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤2～6次，50～90°C干燥12～24 h，冷却至室温，得含镍污泥的LDH基复合材料，其中所述二价金属盐与氧化铝的摩尔比为0～1:1，多孔氧化铝与（二价金属盐+含镍污泥中镍）的摩尔比为1:8～1:2。

本发明较优公开例中，步骤a）中所述含镍污泥中镍不低于5 wt%。

本发明较优公开例中，步骤b）中所述多孔氧化铝为氧化铝纤维、氧化铝微球和花状氧化铝中的一种或多种任意组合，其比表面积不低于100 m²/g。

本发明较优公开例中，步骤b）中所述沉淀剂为六亚甲基四胺和尿素中的一种或任意组合，优选六亚甲基四胺。

本发明较优公开例中，步骤b）中所述二价金属盐为镁盐或锌盐中的一种或任意组合。

本发明较优公开例中，步骤b）中所述镁盐为硝酸镁、硫酸镁、氯化镁，优选硝酸镁。

本发明较优公开例中，步骤b）中所述锌盐为硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌或氯化锌。

本发明以含重金属的固废污泥制备功能材料，制得高比表面积的功能材料，并提供一种含镍污泥资源化的方法，所制备的功能材料具有比表面积高和孔隙率发达的优点，在吸附、催化和化工分离等领域有着潜在的应用。

有益效果

本发明所公开的基于含镍污泥的LDH基复合材料，以含重金属的固废污泥为原料，通过水热反应而成，包括污泥和LDH纳米片，其中LDH纳米片的尺寸为400～800 nm，含量不低于10%，LDH纳米片为Ni-Al LDH、Mg-Al LDH和Zn-Al LDH中的一种或多种组合。本发明将污泥变废为宝，不仅解决了重金属污泥难处理的问题，而且该材料性质稳定、比表面积大，可用于催化、吸附和化学分离领域；其制备方法简单经济、无二次污染产生，适宜工业应用。

附图说明

图1. 实施例1基于含镍污泥的LDH基复合材料的电镜图，A为SEM图，B为TEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍13.78 wt%的污泥在120°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，400°C下煅烧4 h，得预处理污泥；

b）依次将0.178 g硝酸镁、4.251 g预处理污泥和1.12 g六亚甲基四胺加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.204 g氧化铝微球，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，180°C下静态反应24 h。反应后，冷却至室温，过滤，分别用水和乙醇洗涤3次，70°C干燥12 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为216.96 m²/g，总孔体积为0.44 cm³/g。

从图1可以看出，在不均匀、表面粗糙的污泥表面成功垂直生长了多层次的花状LDH纳米片，纳米片交错重叠，呈微弯曲形状，平均直径为0.5〜1.5μm。

实施例2

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍15.63 wt%的污泥在150°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，500°C下煅烧4 h，得预处理污泥；

b）依次将0.151 g硝酸锌、4.506 g预处理污泥和1.12 g六亚甲基四胺加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.204 g氧化铝微球，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，160°C下静态反应36 h。反应后，冷却至室温，过滤，分别用水和乙醇洗涤2次，90°C干燥14 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为217.35 m²/g，总孔体积为0.46 cm³/g。

实施例3

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍8.43 wt%的污泥在180°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，800°C下煅烧5 h，得预处理污泥；

b）依次将0.644 g硫酸锌、22.548 g预处理污泥和1.44 g尿素加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.419 g花状氧化铝，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，220°C下静态反应24 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤4次，70°C干燥16 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为203.87 m²/g，总孔体积为0.39 cm³/g。

实施例4

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍20.09 wt%的污泥在195°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，600°C下煅烧5 h，得预处理污泥；

b）依次将0.096 g硫酸镁、0.076 g氯化镁、5.864 g预处理污泥和2.24 g六亚甲基四胺加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.306 g氧化铝微球，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，180°C下静态反应48 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤4次， 90°C干燥18 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为217.69 m²/g，总孔体积为0.46 cm³/g。

实施例5

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍14.18 wt%的污泥在130°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，700°C下煅烧8 h，得预处理污泥；

b）依次将0.653 g氯化锌、7.450 g预处理污泥和0.264 g尿素加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.308 g氧化铝微球，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，200°C下静态反应48 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤6次， 90°C干燥12 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为206.19 m²/g，总孔体积为0.40 cm³/g。

实施例6

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍16.87 wt%的污泥200°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，450°C下煅烧6 h，得预处理污泥；

b）依次将0.384 g硫酸镁、0.218 g氯化镁、5.567 g预处理污泥和3.782 g六亚甲基四胺加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.459 g氧化铝纤维，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，160°C下静态反应18 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤3次，80°C干燥12 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为218.47 m²/g，总孔体积为0.45 cm³/g。

实施例7

一种含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a）取含镍10.98 wt%的污泥在200°C下干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100 μm的粉末，650°C下煅烧4 h，得预处理污泥；

b）依次将0.152 g氯化镁、10.695 g预处理污泥和0.485 g尿素加入50 mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.227 g花状氧化铝，混合均匀后，转移到反应釜中进行水热处理，190°C下静态反应36 h，过滤，分别用水和乙醇洗涤5次，50°C干燥24 h后，得含镍污泥的LDH基复合材料。

所制得的含镍污泥的LDH基复合材料，其比表面积为201.94 m²/g，总孔体积为0.41 cm³/g。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）取含镍污泥120～200℃干燥，研磨、过筛后，得粒径小于100μm的粉末，400～800℃煅烧4～8h，得预处理污泥；

b）按多孔氧化铝与沉淀剂的摩尔比为2:1～1:4计，将多孔氧化铝、预处理污泥和二价金属盐分散在0.05～0.5 mol/L的沉淀剂溶液中混匀后，转移至反应釜，140～220℃水热反应12～48h，过滤，分别用水和乙醇洗涤2～6次，50～90℃干燥12～24h，冷却至室温，得含镍污泥的LDH基复合材料，其中所述二价金属盐与氧化铝的摩尔比为0～1:1，多孔氧化铝与二价金属盐和含镍污泥中镍的摩尔比为1:8～1:2。

2.根据权利要求1所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中所述含镍污泥中镍不低于5wt%。

3.根据权利要求1所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述多孔氧化铝为氧化铝纤维、氧化铝微球和花状氧化铝中的一种或多种任意组合，其比表面积不低于100m²/g。

4.根据权利要求1所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述沉淀剂为六亚甲基四胺和尿素中的一种或任意组合。

5.根据权利要求4所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述沉淀剂为六亚甲基四胺。

6.根据权利要求1所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述二价金属盐为镁盐或锌盐中的一种或任意组合。

7.根据权利要求6所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述镁盐为硝酸镁、硫酸镁或氯化镁。

8.根据权利要求7所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述镁盐为硝酸镁。

9.根据权利要求6所述基于含镍污泥的LDH基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述锌盐为硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌或氯化锌。

10.根据权利要求1-9任一所述方法制得到的基于含镍污泥的LDH基复合材料，包括污泥和LDH纳米片，LDH纳米片的尺寸为400～800nm，质量百分比含量不低于10%，其特征在于：所述LDH纳米片为Ni-Al LDH、Mg-Al LDH和Zn-Al LDH中的一种或多种任意组合，与污泥均匀混合。