[发明专利]一种高效去除水中有害离子的多孔氧化物吸附材料

权利要求书

1.一种过渡金属氧化物吸附剂在彻底去除水中有害离子中的应用，其特征在于：

1)所述过渡金属氧化物吸附剂通式为MxOy，其中M选自Zr，Ti，Fe，Mn，Mo，W的一种或多种过渡金属元素，1≤x≤2，1≤y≤5；表面富含羟基，与有害金属离子具有很强的亲和力，无定形或者低结晶相，颗粒形貌与尺寸多样，具有大量微/纳米孔洞结构；

2)所述过渡金属氧化物吸附剂制备方法为先采用水热法或高温固相法制备多元复合氧化物A_aM_xO_y前驱体，其中A为碱金属或碱土金属元素，M为Zr，Ti，Fe，Mn，Mo，W一种或多种过渡金属元素，通过调节不同掺杂元素的含量与反应温度，实现形貌与尺寸的可调控性，制备出球形、多面体形、星形、中空多种结构；然后将前驱体与无机酸或有机酸混合，采用两步加热法制备过渡金属氧化物M_xO_y：(I)将前驱体60-100℃下反应2-10h，(II)100-300℃下继续反应2-10h；经过清洗、分离、干燥后即可得到目标产物，其形貌与前驱体保持一致。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，可将水中有害离子铬(VI)、铅(II)、砷(V)、镉(II)、铀(VI)离子吸附至饮用水水平；可将铬(VI)从2010ppb吸附至＜6ppb，铅(II)从2000ppb吸附至＜0.06ppb，铀(VI)从2000ppb吸附至＜0.03ppb，砷(V)从1000ppb吸附至＜10ppb，镉(II)从2000ppb吸附至＜1ppb；吸附分配系数Kd值铬(VI)、砷(V)＞105ml g^-1，铅(II)、铀(VI)＞108ml g^-1，同时具有快速吸附和良好的循环使用性能。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，过渡金属氧化物吸附剂吸附能在2秒-10分时间内达到吸附平衡，吸附有害金属后可在一定条件下脱附复原，并且可重新用于吸附。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过渡金属氧化物吸附剂X射线光电子能谱氧的谱峰中羟基氧含量达到50％-80％，羟基密度达到72个羟基每平方纳米，经证实高密度的羟基是优异吸附性能的来源，可与有害离子形成螯合作用。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过渡金属氧化物吸附剂呈无定形或者低结晶相X射线粉末衍射结果无明显衍射峰或衍射峰强度低。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过渡金属氧化物颗粒形貌与尺寸多样，颗粒形貌可调控为球形、多面体形、星形、中空，颗粒尺寸为1纳米至100微米。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述过渡金属氧化物吸附剂具大量微/纳米孔洞结构，氮气吸附脱附吸附实验证实存在大量介孔或者微孔结构，具有大的比表面积，为70-300m²g^-1。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，对痕量有害离子吸附具有以下优势：

1)酸性条件下的微刻蚀促使前驱体颗粒内部阳离子与质子H⁺交换，形成高密度的内表面羟基，对有害离子具有强吸附力，微刻蚀过程即在酸性条件下将前驱体内部的碱金属或碱土金属溶出，大量的质子H⁺与碱金属或碱土金属交换，形成内表面羟基，高密度的羟基对有害离子形成螯合作用，具有极强的吸附作用力，能够将有害离子彻底去除；

2)微刻蚀水热反应实现精准选择性刻蚀，酸性下的微刻蚀对前驱体选择性地部分刻蚀实现精准造孔，形成丰富的孔道结构和高比表面积，增强对有害离子的锚定和增加吸附容量；

3)通过前驱体诱导调控吸附剂的形貌，微刻蚀制备形成的过渡金属氧化物产物保留前驱体的形貌，通过选择有利吸附的形貌，促进吸附的传质过程并增加比表面积。