[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

说明书

本发明涉及一种用于水污染治理的过渡金属氧化物材料，能够将水中有害金属离子如铬(VI)、砷(V)、铅(I1)、铀(VI)、镉(I1)等去除达到饮用水标准。可将铬(VI)、砷(V)吸附至10ppb以下，铅(II)、镉(II)、铀(VI)吸附至1ppb以下。此吸附剂通式为Msubgt;x/subgt;Osubgt;y/subgt;；其中M选自Zr，Ti，Fe，Mn，Mo，W等一种或两种过渡金属元素；并且1≤x≤2，1≤y≤5。此材料的制备采用一种微刻蚀的技术，精准的选择性刻蚀使其具有丰富孔结构、高密度羟基、高比表面积等特点，这些特点使得该吸附剂对有害离子具有强吸附力，达到高效去除效果。另外此材料具有良好的循环利用性能，且合成过程简单，成本低廉，在水污染治理方面具有广阔前景。

技术领域

本发明属于水污染治理材料技术领域，具体涉及一种低结晶度的多孔过渡金属氧化物。

技术背景

随着世界人口的不断增加，以及不断推进的工业化进程，水污染问题日益受到全世界的广泛关注，特别是有害金属和非金属离子污染饮用水的问题，普遍存在于世界各地，威胁着人类的健康。铬(VI)、铅(II)、砷(V)、镉(II)、铀(VI)等离子是水中常见的有害元素，来源于各类工业生产如冶金、电镀、发电等行业所排放的废液。其化合物不能自然降解或者含有放射性，引起人类严重的健康问题。我国卫生部在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中规定饮用水中所含的铬(VI)限值50ppb，镉(II)限值5ppb，铅(II) 限值10ppb，砷(V)限值10ppb，总α放射性限值0.5Bq L^-1。目前采取的净化水方式主要有吸附、离子交换、膜分离等技术。其中，吸附法具有操作简单、较为经济、效率高、使用方式灵活等优点，是应用前景最好的技术之一[Khin M M，Nair A S，Babu V J，et al.A review on nanomaterialsfor environmental remediation[J].EnergyEnvironmental Science，2012，5(8)：8075-8109.]。商业化的吸附材料包括活性炭、分子筛、高分子化合物、生物质材料、过渡金属氧化物等。虽然吸附材料多种多样，并且有的材料具有很高的吸附容量，但是目前该技术的瓶颈是在痕量下的吸附，当这些有害金属的浓度低到一定程度(＜5ppm)时，很难被现有吸附剂除去。几乎没有吸附剂能直接去除水中痕量的铬(VI)、镉(II)、铅 (II)等离子达到饮用水的标准。尤其铬(VI)在水中以阴离子的形式存在，容易在呈负电性的土壤中扩散，难以被沉淀和吸附。目前尚无良好的材料能够吸附铬(VI)达到50ppb以下。因此，有必要开发能够彻底吸附水中有害离子以达到饮用水标准的新型材料。

分配系数K_d是衡量吸附剂在吸附质浓度极低情况下的吸附能力，K_d值越高代表其吸附能力越强，其计算公式如下：

K_d＝(C₀-C_e)V/C_em(mL g^-1)

其中V(mL)是吸附质溶液的体积，C₀(mg L^-1或ppm)和C_e(mg L^-1或ppm)分别是吸附质初始和平衡浓度， m(g)是使用吸附剂的质量。