[发明专利]一种负载型双组分纳米氧化物吸附剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种负载型双组分纳米氧化物吸附剂，其包括载体和负载的双组分纳米氧化物；本发明还公开了所述负载型双组分纳米氧化物吸附剂的制备方法和用于吸附污染物的用途。本发明负载型双组分纳米氧化物吸附剂对水溶液中污染物的吸附能力是活性炭5‑10倍以上。

技术领域

本发明属于环境及纳米材料领域，具体涉及一种负载型双组分纳米氧化物吸附剂、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来纳米吸附剂的开发和应用引起了极大关注，利用纳米微粒高的比表面积和吸附作用力这种特性，可以显著提高吸附剂对污染物的吸附能力。纳米微粒是指其粒径介于1～100nm之间的超细微粒，当吸附剂的尺寸缩小到纳米量级时，将会导出独特的表面效应和界面效应，其比表面积、缺陷位点大大增加，吸附能力得到很大提升。纳米氧化物具有纳米材料的性质，是一种新型的净水剂，因此具有很强的吸附能力，相比传统的絮凝剂，它可以将污水中的悬浮物全部吸附下来，在吸附重金属离子或者有机污染物方面纳米氧化物投入很少量的情况下就可以达到预期的效果，是最有希望取代传统的活性炭等常规吸附剂的水处理纳米吸附剂。

目前纳米吸附剂制备技术相对复杂，粒径仍相对较大，难以达到几十纳米甚至几纳米的大小；同时纳米吸附剂在高温处理或者再生过程时，纳米颗粒会发生迁移、脱落和团聚，造成再生性下降和二次污染等问题。纳米氧化物制备的常用方法包括沉淀法、水/溶剂热合成法、液相模板合成法、热解法、化学合成反应法、聚合法、乳液法/反相微乳液法及自组装技术等，合成方法复杂且条件苛刻。A.Mockovciakova等(J.Hazard.Mater.2010:274-281.)用共沉淀法制备了纳米Fe₂O₃/膨润土纳米复合材料，其在处理低浓度的Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺时展现出优异的吸附效果，但其再生过程中吸附性能明显下降。Kaushik等(ChemEngJ,2011,171(2):448-455)报道了纳米Zr(IV)氧化物(16-21nm)对As(V)吸附的最佳pH为5-7，吸附容量为9.4mg/g，吸附容量较低。Cheng B等(journal of hazardous materials，2011,185(2-3)：889-897)利用氯化镍为前驱体采用化学沉积法合成了多孔的氧氧化镍和氧化镍的纳米片，并利用合成的纳米片对刚果红进行吸附，最大单层吸附量为82.9mg/g。专利CN102941060公开了一种微波合成纳米氧化锰/硅藻土复合吸附剂的方法，用于处理水溶液中铅离子污染，但方法难以量产。专利CN104624155公开了一种水热合成碳纳米管负载纳米二氧化钛吸附剂的制备方法，并将其应用于溶液中重金属离子的吸附脱除。以上报道均为纳米氧化物及负载型纳米氧化物吸附剂制备方法，总体来说，纳米氧化物颗粒生长调控方法过于复杂、成本高，制得的纳米氧化物尺寸仍较大，吸附性能有待提高，同时也没有从根本上解决纳米氧化物的脱落、团聚和再生等问题。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种负载型双组分纳米氧化物吸附剂及其制备方法，得到的双组分纳米氧化物的粒径可以控制在1～50nm，纳米颗粒尺寸得以控制、分散性有较大提高，吸附性能有明显提高。

本发明第一方面公开了一种负载型双组分纳米氧化物吸附剂，其包括载体和负载的双组分纳米氧化物，所述载体为白炭黑、膨润土、硅凝胶、硅藻土、凹凸棒、或沸石分子筛的一种或几种，所述双组分氧化物的第一组分氧化物为氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆中的一种，第二组分氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化锰、氧化锆、氧化铜中的一种，其中第一组分氧化物和第二组分氧化物不能同时为氧化锆。

优选地，所述沸石分子筛为具有介孔结构的MCM、SBA、FSM、HMS、MSU中的一种或几种。

优选地，所述双组分纳米氧化物占载体和双组分纳米氧化物总重量的15～55％，所述双组分纳米氧化物的粒径为1～50nm。

本发明第二发明公开了所述的负载型双组分纳米氧化物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：