[发明专利]用于重金属污染物吸附的负载结构及其制备方法与应用

说明书

一种用于重金属污染物吸附的负载结构及其制备方法与应用，该负载结构为利用3D打印纳米复合材料通过3D打印得到的镂空结构，3D打印纳米复合材料由重金属吸附纳米材料和3D打印材料混合而成。具体使用三维画图软件设计特定形状和尺寸的装置或部件，将重金属吸附纳米材料均匀地掺杂到3D打印材料中，并使用3D打印技术利用合成的3D打印纳米复合材料对三维画图软件设计的装置或部件进行加工制造，随后利用打印的装置或部件对含有目标重金属污染物的污水进行吸附处理。本发明避免了重金属吸附材料发生团聚，提高吸附选择性和吸附效率，且使用简便，使用后不会造成吸附剂的残留，避免了潜在的二次污染，易于回收和重复使用，降低了成本。

技术领域

本发明属于重金属污水处理技术领域，尤其涉及一种用于重金属污染物吸附的负载结构及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济的迅猛发展，造成大量金属如铜、砷、铅、汞、镉、钴等随着矿山开采、冶炼工业、化工企业、农业灌溉等产生的废水排放到自然水体中，不仅对水生环境造成严重污染，也严重威胁到人类的健康。现有的重金属废水处理技术包括沉淀、氧化还原、离子交换、吸附、反渗透、电解析、膜分离以及生物处理等等。其中，吸附法利用具有高比表面积、不溶性的固体材料做吸附剂，通过物理、化学吸附及离子交换作用等反应机制将水中的重金属污染物吸附在其表面上，从而达到去除的目的，是一种简单高效的去除水中重金属的技术。但传统的吸附材料如活性炭、金属氧化物、功能性树脂、及各种天然矿物等存在吸附处理效率低、成本高，并且容易导致二次污染等问题，使得该技术的应用受到一定限制。

纳米材料由于具有独特的表面性能、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等特性，可以显著提高材料的比表面积和反应活性，因此作为对有机化合物和重金属离子等污染物有较大吸附容量和亲和力的理想吸附剂，目前已逐渐被应用于对水中污染物的吸附去除。例如纳米TiO₂被广泛应用于水中砷的吸附和去除，纳米零价铁被用于水中氯代、溴代有机物、消毒副产物和As、Co等重金属的吸附和去除以及多种碳纳米材料被用于吸附水中有机污染物、抗生素和重金属污染物等。然而，纳米材料在水处理方面的应用还存在着较多有待解决的问题，有些纳米材料作为吸附剂实际操作较为困难，难以从水中回收，吸附选择性低，再生效果差，高纯度的纳米材料价格高昂，使用时易发生团聚从而降低吸附效率，使用后存在不同程度的残留，在环境中容易迁移，反而成为重金属二次释放的潜在污染源等。

为了解决上述问题，对纳米材料进行改性以及研发不同载体用于负载纳米材料是目前的主要研究趋势，但改性纳米材料往往造价较高，合成较复杂，而纳米复合材料的负载过程通常是将载体材料浸入到含有纳米材料的溶液中，有的仅仅依靠载体材料本身的物理吸附作用进行负载，材料间结合度不高，负载稳定性较差，不容易获得稳定且大量的成品，而那些通过化学吸附进行负载的复合材料，在实际应用中往往由于环境条件的影响造成脱落，限制了吸附效率。因此亟待研发出一种快速简便、经济可行的新型负载技术用于制备更高效、更稳定的纳米复合材料和负载结构以去除水中重金属污染物。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于重金属污染物吸附的负载结构及其制备方法与应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种用于重金属污染物吸附的负载结构，其为利用3D打印纳米复合材料通过3D打印得到的镂空结构，所述3D打印纳米复合材料由重金属吸附纳米材料和3D打印材料混合而成。

作为本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的负载结构的制备方法，其包括如下几个步骤：

步骤1、使用三维画图软件设计特定形状和尺寸的负载结构；

步骤2、将重金属吸附纳米材料均匀掺杂到3D打印材料中；

步骤3、通过3D打印技术将步骤2得到的所述3D打印纳米复合材料打印成步骤1设计的所述负载结构；