[发明专利]一种三金属层状双氢氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能材料制备和重金属治理技术领域，具体涉及一种三金属层状氢氧化物及其制备方法和应用。所述三金属层状双氢氧化物具有双氢氧化物的纳米层状结构，分子通式为FeMnM‑LDH，其中M为金属Ca或金属Ni，Fe、Mn和M的摩尔比为1:1:2。采用共沉淀法制备得到。本发明制备的三金属层状双氢氧化物FeMnM‑LDH(M＝Ni或Ca)能够同时钝化土壤中砷镉，且在吸附重金属离子后，其层状结构仍然保持完整，不崩塌，稳定性良好。

技术领域

本发明属于功能材料制备和重金属治理技术领域，具体涉及一种三金属层状氢氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，全国范围内由于采矿业的发展，部分稻田土壤中出现了砷(As)镉(Cd)超标的情况。砷在土壤中以阴离子的形式存在，当pH升高至土壤偏碱性时，其活性增强；而Cd在土壤中会随着pH的降低，其活性增强。因此由于砷、镉在土壤中呈现出相反的活性，难以同时将砷镉钝化。陶梦铭(铁镁氧化物负载胡敏酸对砷镉的吸附及对其在水稻中含量的影响[D].浙江大学，2019.)将负载胡敏酸的铁镁氧化物材料添加到砷镉复合污染的土壤中，培养30天后降低了土壤中有效镉的含量但对土壤有效砷无显著影响。刘书四(改性生物炭对水稻土壤中镉和砷生物有效性以及根际微生态的影响[D].华南理工大学，2017.)，将改性生物炭施加到砷镉复合污染的水稻土壤中，实验结果表明改性生物炭能够降低土壤有效镉的含量，但土壤中有效砷的含量明显增加。目前处理土壤砷镉复合污染的技术均具有处理效果差，不能同时钝化砷镉，材料制备方法复杂等缺点。

层状双氢氧化物(LDH)由于其层间阴离子可交换性以及结构记忆效应等特性，LDH在水处理领域的应用得到广泛的关注，但由于其比重低、颗粒小，难以回收等问题，难以在土壤污染控制等领域得到更广泛的应用。同时部分LDH在吸附重金属离子后，结构崩塌，导致原有层状结构遭到破坏，丧失其功能性，无法回收利用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的LDH不能同时钝化土壤中的砷和镉、不能同时吸附水中的砷和镉以及LDH吸附重金属离子后，结构容易崩塌的缺陷，本发明在于提供一种三金属层状氢氧化物及其制备方法和应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种三金属层状双氢氧化物，具有双氢氧化物的纳米层状结构，分子通式为FeMnM-LDH，其中M为金属Ca或金属Ni。

优选地，Fe、Mn和M的摩尔比为1:1:2。

本发明还提供一种所述的三金属层状双氢氧化物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氯化铁、氯化锰和氯化镍或氯化钙溶于无氧水中，配制得到金属离子盐混合溶液；

(2)另取无氧水，向其中滴加NaOH溶液调整pH至10，得到碱性溶液；

(3)将步骤(2)得到的碱性溶液置于水浴中，然后在机械搅拌和氮气氛围下，将步骤(1)得到的金属离子混合溶液滴加到所述碱性溶液中，滴加完毕后，继续通入氮气并搅拌2h，然后停止通入氮气和停止搅拌，得到的反应溶液和反应物密封后，继续水浴12h，使材料充分晶化；

(4)将步骤(3)水浴反应后的固体产物冷却、清洗、离心、冷冻干燥、研磨、筛分，保存备用。

优选地，步骤(1)中所述金属离子盐混合溶液中Fe³⁺、Mn²⁺和Ni²⁺或Ca²⁺的摩尔比为1:1:2，金属离子的总浓度为2mol/L。

优选地，步骤(3)中所述水浴的温度为60-80℃；金属离子混合溶液的滴加速度为0.5mL/min，滴加过程中保持溶液的pH在10-13。

优选地，步骤(3)中金属离子混合溶液的滴加量与碱性溶液的体积比为50:200。