[发明专利]一种用于吸附重金属的纳米二氧化钛的合成方法与应用

说明书

一.技术领域

本发明涉及一种重金属吸附剂的制备方法，属于废水处理技术领域。

二.背景技术

从环境污染的角度来说，重金属主要是指具有显著生物毒性的汞、铅、镉、铬等金属和类金属砷，以及具有一定毒性的铜、钻、镍、锡、钒等金属。近年来，由于各种工业(如采矿、冶炼、电镀等)废水的不达标排放与固体废弃物渗出液对水体的污染，致使水体中的重金属含量居高不下。目前最引人关注的是汞、铅、镉、铬、铜以及砷等，由于这些重金属离子在环境中只能改变形态或被转移、稀释、积累，却不能降解，因而对人体健康造成极大的威胁。

几种常见重金属及其对人体的危害如下：

(1)铅

铅可使人体的神经系统和血液系统遭受破坏，尤以神经系统的破坏最为严重，早期铅中毒可出现高级神经机能障碍，晚期铅中毒可造成器质性脑病和神经麻醉。儿童正处于神经系统发育完善期，是铅污染的最大受害者。过量的铅接触会造成神经元能量代谢降低，使儿童的神经发育指数达不到应有的标准，造成记忆力和思维能力下降，影响智力的发展。

(2)镉

镉是重金属元素中对人类健康威胁最大的一种。镉通过消化道、呼吸道和皮肤直接接触进入人体，可造成肾、骨和肝的病变，导致贫血和神经痛。另外，通过影响钙的代谢，镉还会危及骨骼系统，造成骨盆脊柱和四肢关节疼痛。由于植物对镉有很强的富集作用，因而容易形成含镉粮食，如“镉米”(含镉水稻)，20世纪60年代日本流行的“骨痛病”就是由于长期食用“镉米”和饮用含镉水引起的。

(3)砷

砷中毒是我国常见的一种重金属中毒。砷在自然水系中主要以无机砷酸盐(AsO₄^3-)和亚砷酸盐(AsO₃^3-)的形式存在，这两类砷化物可通过呼吸道、食物或皮肤接触进入人体，危害到很多系统的正常功能。例如抑制酶的活性，干扰人体代谢过程，使中枢神经系统发生紊乱，引起毛细血管扩张，并最终导致癌症。

(4)铜

铜对人体造血、细胞生长、人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。若摄取过量的铜，就会刺激消化系统，还可使血红蛋白变性，从而影响机体的正常代谢，甚至会诱发心血管系统疾病。

目前常用的重金属废水处理技术主要有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、吸附法、膜分离法及生物法等。吸附法由于其成本较低、操作简便、处理效果好，已经成为国外小型社区及家庭处理含有较高浓度重金属离子的最佳选择。吸附法常用的吸附剂包括活性炭、氧化铁和氧化钛等。上述吸附材料中氧化铁虽然可以去除重金属离子，但其他重金属的去除效率较低，吸附容量也不大；活性炭虽然可以用于各种重金属的共同去除，但吸附容量并不理想，而且这两种吸附剂的共同缺点是使用寿命短，重金属吸附饱和后再生困难。

近年来，二氧化钛作为新型的催化剂和吸附剂成为材料学、环境科学的一个研究热点。其中纳米二氧化钛由于微粒尺寸小(1～100nm)，其表面原子数、表面积、表面能和表面结合能均大于传统的二氧化钛，因此具有一系列物理化学特性和优越于传统材料的特殊性能。例如，由于纳米二氧化钛的表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来，因而具有很好的化学活性，对许多金属离子具有较强的吸附能力。

本发明以硫酸氧钛为前驱物，经水解沉淀制得纳米二氧化钛。利用纳米二氧化钛作为吸附剂实现了对水中Cd²⁺，Cu²⁺，Pb²⁺以及砷酸根离子的吸附，通过一系列吸附试验，证明本发明制备的吸附剂对上述四种离子均具有较高的去除效率。

三.发明内容

本发明提供了一种用于吸附重金属的纳米二氧化钛的合成方法，与传统的制备方法相比，本发明的纳米二氧化钛制备工艺更简单，产品吸附效率更高。

本发明将钛的化合物经溶解、稀释、调节pH值及洗涤四个步骤后，得到偏钛酸的沉淀，将所得沉淀在一定温度下烘干磨碎得到二氧化钛纳米粉体。

本发明涉及的纳米二氧化钛重金属吸附剂的制备方法，其特征如下：

(1)将反应容器置于冰水环境中；

(2)向反应容器中加入一定量温度为6～10℃的水；

(3)在机械搅拌下，将硫酸氧钛加入上述水中，形成悬浮液；

(4)在搅拌下向上述悬浮液中缓慢加入氢氧化钠溶液，将pH值调至5.5～6.5，其中以6.0为最佳值；

(5)继续反应数分钟，将得到的沉淀物水洗数次，至上清液电导率降到一定要求；