[发明专利]一种二氧化铈/钙铝层状双羟基复合金属氧化物/活性炭复合材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种一种二氧化铈/钙铝层状双羟基复合金属氧化物/活性炭复合材料的制备方法，是以活性炭为载体，在真空-加热-减压条件下，采用超声辅助共沉淀法制备得到的，该材料分别可用于吸附处理水溶液中铬、铅、氟以及孔雀绿染料。

二、背景技术

钙铝层状双羟基复合金属氧化物(CaAl-LDHs)是一种良好的污水处理剂，可用于吸附去除甲基橙等有机物(Ping Zhang,et al.Journal of Colloid and Interface Science,2012,365,110-116)；可经离子交换移除重铬酸根(CrO₄^2-)(Yanlin Li,et al.Chemical Engineering Journal,2013,218,295-302)、砷酸根(AsO₄^3-)(CN103058338A)。由于CaAl-LDHs与氟离子(F^-)的静电吸引力强度弱于化学键，除氟效率较低，并且此类LDHs尺寸为微米级粉状物，实际使用难以分离，水处理成本较高，易造成二次污染。

颗粒活性炭是最廉价的污水处理剂，具有高度发达的孔隙度和内表面积，相对较高的机械强度和易回收性(Sayed Zia Mohammadi,et al.Journal of Industrial and Engineering Chemistry,2014,37,465-472)。二氧化铈(CeO₂)在水溶液中，表面吸附的羟基可和F^-进行离子交换，也可络合吸附金属离子(Tao Zhang,et al.Applied Clay Science,2013,72,117-123)。如能以活性炭为载体，合成二氧化铈掺杂的钙铝层状双羟基复合金属氧化物/活性炭复合材料(CeO₂/CaAl-LDHs/AC)，将利于分离，降低水处理成本。

现有的活性炭载体LDHs复合材料的制备方法主要有：尿素水解法(Agnieszka Malak-Polaczyk,et al.Energy Fuels,2010,24,3346-3351)，水热法(Jian Ju,et al.Electrochimica Acta,2012,78,569-575)。合成时间通常在12小时以上，并且形成的LDHs粒径较大，易堵塞活性炭微孔，降低了材料的吸附效果。虽然超声辅助共沉淀法能形成小粒径、大比表面积的LDHs(Yu Zhong,et al.Journal of Hazardous Materials,2013,250-251,345-353；Yanlin Li,et al.Chemical Engineering Journal,2013,218,295-302)，但实际操作时，由于溶液不能快速地浸入活性炭内表面，需要较长的浸渍时间，否则LDHs仅形成在活性炭外表面，不能形成在内表面，易堵塞孔道。因此，有必要发展一种快速有效地合成活性炭载体/层状双羟基复合金属氧化物复合材料的方法。

三、发明内容

本发明旨在提供一种二氧化铈/钙铝层状双羟基复合金属氧化物/活性炭复合材料(简写为CeO₂/CaAl-LDHs/AC复合材料)的制备方法，该复合材料是以活性炭为载体，以二氧化铈掺 杂修饰钙铝层状双羟基复合金属氧化物负载后得到的复合材料。

本发明在一定温度下对活性炭进行抽真空减压，然后迅速加入反应溶液，利用大气压差可使反应溶液快速浸入活性炭内部；再通过超声辅助共沉淀，一步快速合成CeO₂/CaAl-LDHs/AC复合材料。本发明CeO₂/CaAl-LDHs/AC复合材料具有优良的吸附性能，可直接用于处理水中常见的污染物，如铬、铅、氟和孔雀绿等。

本发明CeO₂/CaAl-LDHs/AC复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)活性炭预处理：将50.0g活性炭用质量浓度65％的浓硝酸常温浸渍处理7小时，以消除表面杂质，洗涤并干燥；将5.0-20.0g浓硝酸处理后的活性炭浸入酸液A中，超声处理后用蒸馏水洗涤并真空干燥，得到预处理的活性炭，以增强后续LDHs材料的粘结强度，记为AC。

所述酸液A为四草酰乙酸溶液、乙二胺四草酰乙酸溶液或二氨基乙酸溶液，所述酸液A的浓度为0.001-0.01mol/L。

超声处理的温度为常温，时间为0.5-3小时。