[发明专利]一种多孔纳米水合二氧化钛除砷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境材料技术领域，具体为一种多孔纳米水合二氧化钛除砷材料及其制备方法，为去除水体中的砷提供了一个很好的选择。

背景技术

水的砷污染是一个全球性的环境问题，世界范围内有数以千万计的居民受到砷污染水不同程度的危害。(USEPA)于2001年将饮用水中砷含量标准定为10μg/L，我国新的《生活饮用水标准》也将砷含量标准从50g/L降低到10g/L，这种形势必将对传统的废水脱砷及饮用水脱砷带来新的挑战。

由于饮用水砷含量标准的降低，世界范围内表面水体和地下水中的砷含量超标的问题更为严峻。对于中低浓度的含砷水体，吸附法除砷是一种较为理想的除砷方法。纳米二氧化钛具有高比表面积，且表面存在容易与砷结合的基团，具有较好的砷吸附性能。同时，纳米二氧化钛具有化学性质稳定，耐酸碱，不会引入副产物或有毒物质，砷吸附性能受杂质离子干扰小等优点，是一种可靠的砷吸附剂。但是一般纳米二氧化钛颗粒小，回收困难，难以应用到大量的水处理中。为了能使纳米二氧化钛得到实际应用，进一步提高其除砷性能，降低其生产成本，以及提高其可分离性是一个研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易、低成本的制备纳米水合二氧化钛除砷材料的方法，解决现有纳米二氧化钛除砷性能不高，且可分离性能不佳等问题。

本发明的技术方案是：

一种多孔纳米水合二氧化钛除砷材料，由混合的锐钛矿型和无定型纳米水合二氧化钛组成，其中锐钛矿的质量分数为12.2～62.9％，水的质量分数约为12.5～19.8％；

所述水合二氧化钛的一次颗粒平均尺寸为2.7～4.5nm，表现为中位径(可控)约8.5～10.2μm的白色粉体。

所述粉体为细小的一次颗粒聚集而成的多孔结构，其比表面积为312.0～380.4m²/g，孔容为0.3551～0.3566cm³/g，最可几孔径为3.7～4.7nm。

所述多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的等电点约为3.7～4.0，在中性条件下表面带负电，并且表面存在大量的羟基。

所述多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的制备方法，该除砷材料由四氯化钛水溶液和氨水为原料制备而成，四氯化钛水溶液的摩尔浓度为0.1～0.11mol/L，氨水的质量分数为25～28％。向温度20～90℃的四氯化钛水溶液中滴加氨水，形成白色沉淀，清洗并烘干至水的质量分数约为12.5～19.8％，得到具有一定强度的大颗粒水合二氧化钛。然后，机械研磨10～20分钟，得到粉状水合二氧化钛。

本发明的设计原理如下：

四氯化钛水溶液在不同温度发生水解，可得到相组成和晶化程度不同的纳米水合二氧化钛粒子，这些纳米粒子非常细小，具有高的表面能，因此在烘干时容易发生团聚，形成由水合二氧化钛构成的大颗粒，通过适当的机械研磨即可得到所需粒径的多孔水合二氧化钛纳米材料。烘干过程可使水合二氧化钛失去一部分结合水，从而易于得到多孔材料，提高了材料的比表面积和孔容等与吸附相关的参数。结合水的存在可降低纳米二氧化钛的等电点，从而使其在中性环境下具有大量的表面羟基，提高了对三价砷的吸附能力。

本发明的优点在于：

1、本发明所多孔纳米水合二氧化钛除砷材料由锐钛矿型和无定型纳米水合二氧化钛组成，其中水的质量分数约为12.5～19.8％。以上多孔纳米水合二氧化钛对三价砷具有优异的吸附性能，可用于地表砷污染水源和地下砷污染水的除砷处理，也可用于除砷用净水器的砷吸附剂。

2、本发明比目前应用的纳米二氧化钛砷吸附材料具有更高的除砷性能，饱和吸附容量可以达到88～99mg/g，高于目前报道的纳米二氧化钛对三价砷的最大吸附容量。吸附剂用量为0.04～0.08g/L时即可将砷溶液的浓度从80ppb将至饮用水标准(10ppb)以下，并且对自然砷污染水体的除砷性能与实验室配制的砷溶液的除砷性能接近，说明受其它离子的影响小，不会发生中毒失效。

附图说明

图1为本发明多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的制备流程图。

图2为实施例1中多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的形貌图片。(a)图为低倍数；(b)图为高倍数。

图3为实施例2中多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的形貌图片。(a)图为低倍数；(b)图为高倍数。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本发明多孔纳米水合二氧化钛除砷材料的制备过程如下：