[发明专利]一种纳米水合氧化铈基除砷材料及其制备方法与除砷应用

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属纳米材料制备与净水环境保护领域，具体为一种高比表面积的纳米水合氧化铈基吸附材料及其制备方法和在除砷方面的应用。

背景技术

砷广泛分布于大气、水、土壤、岩石和生物体中，在自然水体中，溶解的砷一般以无机砷酸盐、亚砷酸盐形式或以甲基化的砷化合物形式存在。目前，在许多国家和地区的地表水中发现了砷污染。在我国的内蒙古、新疆、台湾等地，饮水中含砷量在部分地区高达0.2-2.0mg/L。

我国生活饮用水标准GB5749-2006规定砷质量浓度不得超过10ppb，美国、欧共体、WHO的生活饮用水砷质量浓度不得超过10ppb，控制水中砷超标已成为急需解决的问题之一。

吸附法具有处理效率高、吸附干扰小，吸附剂可再生重复使用，对环境不会或很少产生二次污染。当前国内外吸附法除砷方法中，复合材料与改性材料除砷效率高，处理费用低，具有市场应用前景；活性材料的吸附效果受pH值控制较严格，含铁矿物材料在除砷过程中易导致二次污染，纳米材料与其他原子结合后性质稳定且除砷效率最高，是今后的主要发展方向。纳米材料具有一系列新异的物理化学特性和优越于传统材料的特殊性能，随着粒径的减小，表面原子数、表面积、表面能和表面结合能都迅速增大。由于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，因而纳米材料对许多离子具有很强的吸附能力。

目前，现有的除砷吸附剂普遍存在吸附容量低，吸附速率慢，需要预处理等问题。因此，迫切需要寻找一种简单高效的新型吸附材料解决日益突出的砷污染问题。

发明内容

本发明提供一种简单高效的纳米水合氧化铈基除砷材料及其制备方法与除砷应用，这种铈基除砷材料制备工艺简单，操作方便，可以高效的除去水中砷，除砷过程不需要任何预处理，可以有效解决目前水中砷超标的问题。

本发明的技术方案是：

一种纳米水合氧化铈基除砷材料，该除砷材料组分含有纳米级氧化铈颗粒；或者，同时含有纳米级氧化铈颗粒以及纳米级的氧化镧、氢氧化镧、氧化铁、氢氧化铁、氧化钛、氧化锰、氧化铝颗粒中的一种或几种，氧化铈颗粒与氧化镧、氢氧化镧、氧化铁、氢氧化铁、氧化钛、氧化锰、氧化铝中的一种或几种的摩尔比为10％～100％，其具有较高的表面积和较强的除砷能力，其表面积为200-500m²/g。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的制备方法，包括如下步骤：

首先，将原料铈盐或者铈盐和镧、铁、钛、铝、锰等金属盐中的一种或几种混合溶解于溶剂中，其摩尔浓度为0.01-0.5mol/L，搅拌5-30分钟后加入氢氧化钠、氢氧化钾或者氨水溶液；接着，搅拌10-60分钟发生沉淀反应，将沉淀用二次去离子水清洗到中性；然后，将沉淀在无水乙醇中浸泡、搅拌除去水后，在80-120℃干燥8-12小时，得到铈基除砷材料，其粒度为5-20nm。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的制备方法，氢氧化钠、氢氧化钾或者氨水与原料的摩尔比在3∶1-6∶1，铈盐和其他金属盐(镧、铁、钛、铝、锰等金属盐中的一种或几种)的摩尔比在10％～100％。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的制备方法，铈盐可为硝酸铈或硫酸铈。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的制备方法，金属盐可为金属镧、铁、钛、铝或锰的氯盐、硫酸盐、硝酸盐或者醇盐。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的制备方法，溶剂为水、无水乙醇或者不同配比的乙醇水溶液。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的应用，纳米水合氧化铈基除砷材料经过负载后，可简单高效的除去自然水域中的砷污染，纳米水合氧化铈基除砷材料的使用量为0.01-0.1g/L。

所述纳米水合氧化铈基除砷材料的应用，负载材料可以是玻璃纤维布、海绵、聚乙烯球、活性氧化铝或活性炭等，负载方法可以是浸渍法或沉淀-涂覆法。

所述的纳米水合氧化铈基除砷材料的应用，将活性氧化铝浸泡在不同浓度的硝酸铈或硫酸铈水溶液中，其摩尔浓度为0.1M-2M，时间4-6小时，将活性氧化铝捞出在50-70℃干燥10-14小时，400-500℃煅烧0.5-2小时，得到氧化铈负载的活性氧化铝，用来对含砷饮用水进行过滤，使用量为0.1-1g/L。

本发明和现有的技术相比，具有以下优点：

1、本发明铈基除砷材料制备工艺简单，操作方便，无需煅烧，节省能耗。

2、本发明铈基除砷材料对砷具有较高吸附量和较快的吸附速率，适用pH范围宽，性能稳定，可以一步除去水中的三价砷和五价砷，且无需进行预处理，节省成本。