CN109137009A - 一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，属于污水处理用吸附材料的技术领域。在二氧化钛纳米管上用脉冲电沉积的方法制备多孔氢氧化镁。本发明提供的脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的技术，可以大幅度提高铬离子吸附率，且安全稳定易于回收，为解决传统纳米氢氧化镁难回收和易团聚问题提供了一条新的有效措施。

Description

一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法
技术领域
本发明涉及一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，属于污水处理用吸附材料的技术领域。
背景技术
随着科学技术的日益发展，性能多且绿色环保的功能化材料成为了人们研发和生产的主要目的之一。氢氧化镁是一种比表面积大，活性位点强的弱碱性环保型吸附剂，由于较强的溶液缓冲效果和粒子吸附能力强且使用安全等特点，使其在环保领域有着十分巨大的发展潜力。传统的氢氧化镁比表面小，吸附能力有限，纳米级的氢氧化镁比表面大，吸附性能好，但易于团聚，同时传统氢氧化镁多为粉末，难于回收。基于难回收和易团聚量大问题，本发明提出用脉冲电沉积的技术在二氧化钛纳米管上沉积出纳米多孔氢氧化镁膜状物质。其多孔的形貌有极大的表面积，能够快速吸附测试溶液中Cd2+，同时膜状的氢氧化镁易于回收和二次利用，避免了二次污染，具有很强的现实意义。其中脉冲电沉积方法操作简便，成本低、效率高。
发明内容
本发明一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，利用阳极氧化技术在金属钛上制备高度有序的二氧化钛纳米管阵列，采用脉冲电沉积方法在二氧化钛纳米管阵列上沉积多孔氢氧化镁。所制备的样品进行Cd2+吸附性能测试，其中40ppm的Cd2+测试溶液吸附量最大可达99.5％,三种沉积时间的样品吸附量均达到99％以上，70ppm的测试溶液吸附量最大可达到90％，三种沉积时间的样品的吸附量均达到83％以上。本发明提供的脉冲电沉积制备的多孔氢氧化镁的技术，可以大幅度提高氢氧化镁的比表面积，提高Cd2+离子吸附率，且安全稳定易于回收，避免造成二次污染，为解决传统氢氧化镁难回收和易团聚提供了一条新的有效措施。
本发明提供的制备方法，包括以下步骤：
(1)金属钛片预处理：金属钛片表面油污与储存过程中产生的氧化层通过物理超声与化学酸洗过程去除；优选具体采用洗洁精清洗，乙醇、去离子水超声，取出烘干后酸洗，酸洗液优选为HF(分析纯)、HNO3(分析纯)、H2O(优选1:3:6体积比)的混合溶液，酸洗后在去离子水中超声10min，烘干备用；
(2)阳极氧化：步骤(1)预处理的金属钛片在含有氟离子的无机溶液中阳极氧化。氧化结束后取出样品，用去离子水冲洗，烘干，备用；优选阳极氧化采用的无机溶液为每3gNH4HF2、57.515gNH4H2PO3对应1LH2O形成的混合溶液；
(3)热处理：步骤(2)得到的样品在管式炉中450℃热处理，升温速率2℃min-1，保温2h，随炉冷却至室温。
(4)脉冲电沉积：热处理后的样品切割成长方形，用松香石蜡把铜导线与其中一面密封在一起，将样品放在配制好的电解液中，电解液的成分为硝酸镁与醋酸钠；样品为正电极，金属铂片为负电极，电压设置成10ma、-15ma，脉冲时间2ms，沉积时间1-10min；观察到样品表面出现明显变化，随着时间延长样品表面出现肉眼可见的白色膜状物质。
电解液中硝酸镁的浓度为0.05-2mol/L、醋酸钠的浓度为0.05-2mol/L，优选硝酸镁的浓度为0.1mol/L、醋酸钠的浓度为0.1mol/L。
性能测试：本发明制得的氢氧化镁为弯曲的层片状氢氧化镁连接组成蓬松的三维多孔膜，进一步组成纳米多孔薄膜状，用于吸附污水中的重金属离子Cd2+；采用硫酸铬为铬源，配制40ppm与70ppm两种浓度的测试溶液，将步骤(4)脉冲电沉积制备的样品完全浸入溶液中，进行适当转速的磁力搅拌，吸附0-4h，取吸附后的溶液进行ICP测定Cd2+浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用阳极氧化技术在金属钛片上制备高度有序的二氧化钛纳米管阵列，采用脉冲电沉积的方法在二氧化钛纳米管上沉积出多孔状氢氧化镁膜状结构。所制备的样品进行吸附性能测试，在适当搅拌下，吸附1h时，40ppm的Cd2+测试溶液吸附量最大可达到99.5％，三种沉积时间的样品的吸附量均达到99％以上，70ppm的测试溶液吸附量最大可达到90％，三种沉积时间的样品的吸附量均达到83％以上。步骤(4)中固载多孔状氢氧化镁的基底是一种疏松的二氧化钛纳米管阵列，阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管与脉冲电沉积产生的氢氧化镁结合，改变了氢氧化镁的形貌，成功制备出多孔状氢氧化镁。本发明得到的氢氧化镁为层片状组成的多孔状薄膜结构，技术方案重复性好，效果优异、明显。
附图说明
本发明有四个附图，现分别说明如下：
图1：脉冲电沉积1min的多孔氢氧化镁的SEM图；
图2：脉冲电沉积3min的多孔氢氧化镁的SEM图；
图3：脉冲电沉积5min的多孔氢氧化镁的SEM图；
图4：脉冲电沉积后XRD衍射图谱。
具体实施方式
以下举例说明本发明脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法的具体实施方式，但本发明不限于以下实施例。
以下实施例中预处理后的金属钛片采用阳极氧化法制备高度有序的二氧化钛纳米管：在含有氟离子的无机溶液中进行阳极氧化(无机溶液为3gNH4HF2、57.515gNH4H2PO3、1LH2O的混合溶液)，氧化电压20V,氧化30min，氧化电压10V，氧化10min，氧化电压20V,再氧化30min，氧化电压10V，再氧化10min，最后氧化电压20V，氧化4h，将样品取出，用去离子水冲洗，烘干备用。电解液中硝酸镁的浓度为0.1mol/L、醋酸钠的浓度为0.1mol/L。
实施例1
将金属钛片超声10min、酸洗处理，在含有氟离子的无机溶液体系中阳极氧化4h，经450℃热处理后超声烘干，将热处理后的样品切割成1×1㎝2的正方形，用松香石蜡把铜导线与其中一面密封在一起，将样品放在配制好的电解液中，电解液的成分为硝酸镁与醋酸钠。样品为正电极，金属铂片为负电极，电压设置成10ma、-15ma，时间为2ms，沉积时间1min，
实施例2
将金属钛片超声10min、酸洗处理，在含有氟离子的无机溶液体系中阳极氧化4h，经450℃热处理后超声烘干，将热处理后的样品切割成1×1㎝2的正方形，用松香石蜡把铜导线与其中一面密封在一起，将样品放在配制好的电解液中，电解液的成分为硝酸镁与醋酸钠。样品为正电极，金属铂片为负电极，电压设置成10ma、-15ma，时间为2ms，沉积时间3min，
实施例3
将金属钛片超声10min、酸洗处理，在含有氟离子的无机溶液体系中阳极氧化4h，经450℃热处理后超声烘干，将热处理后的样品切割成1×1㎝2的正方形，用松香石蜡把铜导线与其中一面密封在一起，将样品放在配制好的电解液中，电解液的成分为硝酸镁与醋酸钠。样品为正电极，金属铂片为负电极，电压设置成10ma、-15ma，时间为2ms，沉积时间5min，
上述实施例重复性好，实施例1-3得到基本相同的技术效果，脉冲电沉积后的多孔氢氧化镁SEM图见图1、图2、图3，脉冲电沉积后的氢氧化镁的XRD衍射图见图4，吸附性能测试结果见列表1和列表2。
表1实施例2吸附Cd2+(40ppm)性能测试汇总表
表2实施例2吸附Cd2+(70ppm)性能测试汇总表

Claims (6)

1.一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金属钛片预处理：金属钛片表面油污与储存过程中产生的氧化层通过物理超声与化学酸洗过程去除；
(2)阳极氧化：步骤(1)预处理的金属钛片在含有氟离子的无机溶液中阳极氧化。氧化结束后取出样品，用去离子水冲洗，烘干，备用；优选阳极氧化采用的无机溶液为每3gNH4HF2、57.515gNH4H2PO3对应1LH2O形成的混合溶液；
(3)热处理：步骤(2)得到的样品在管式炉中450℃热处理，升温速率2℃min-1，保温2h，随炉冷却至室温。
(4)脉冲电沉积：热处理后的样品切割成长方形，用松香石蜡把铜导线与其中一面密封在一起，将样品放在配制好的电解液中，电解液的成分为硝酸镁与醋酸钠；样品为正电极，金属铂片为负电极，电压设置成10ma、-15ma，脉冲时间为2ms，沉积时间1-10min；观察到样品表面出现明显变化，随着时间延长样品表面出现肉眼可见的白色膜状物质。
2.按照权利要求1所述的一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，其特征在于，步骤(1)具体采用洗洁精清洗，乙醇、去离子水超声，取出烘干后酸洗，酸洗液优选为HF(分析纯)、HNO3(分析纯)、H2O体积比1:3:6的混合溶液，酸洗后在去离子水中超声10min，烘干备用。
3.按照权利要求1所述的一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，其特征在于，电解液中硝酸镁的浓度为0.05-2mol/L、醋酸钠的浓度为0.05-2mol/L。
4.按照权利要求1所述的一种脉冲电沉积制备多孔氢氧化镁的方法，其特征在于，电解液中硝酸镁的浓度为0.1mol/L、醋酸钠的浓度为0.1mol/L。
5.按照权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的多孔氢氧化镁，为弯曲的层片状氢氧化镁连接组成蓬松的三维多孔膜。
6.按照权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的多孔氢氧化镁的应用，用于吸附污水中的重金属离子Cd2+。
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