[发明专利]一种高吸附性TiO2气凝胶的制备方法及其吸附水中重金属离子的应用

说明书

本发明公开了一种高吸附性TiO₂气凝胶的制备方法及其吸附水中重金属离子的应用，属于水处理技术领域。本发明将模板剂分散到N,N‑二甲基甲酰胺中得到分散体系；将钛酸四丁酯和硝酸加入到分散体系中并搅拌混合均匀得到混合物；将去离子水加入到混合物中搅拌处理60～80min得到溶胶，静置处理3～4h得到凝胶；在温度为160～200℃条件下，将过量N,N‑二甲基甲酰胺加入到凝胶中密封反应10～18h，自然冷却至室温得到气凝胶混合物，气凝胶混合物经洗涤烘干处理即得高吸附性TiO₂气凝胶。本发明室温、常压下，通过模板剂PEG制备了无定型TiO₂结构的模板气凝胶，该模板TiO₂气凝胶具有较高的比表面积，呈现较大的吸附能力。

技术领域

本发明涉及一种高吸附性TiO₂气凝胶的制备方法及其吸附水中重金属离子的应用，属于水处理技术领域。

背景技术

在自然状态下的锑污染中，锑的水污染由于具有扩散快、影响范围大、时间久、影响生态整体平衡等危害，是当前锑污染中的研究重点。水中的锑污染对环境整体以及生物个体都有着深远的不良影响及危害。锑的存在形态会严重影响其物质毒性，其中Sb(III)易于红细胞结合毒性远远大于Sb(V)，以及Sb单质和锑的有机化合物。实验室研究表明：锑具有致癌性，对哺乳动物的肺、心脏、肝脏以及肾脏会产生不同程度的损害，高剂量的锑会使生物体直接死亡。因此高效快捷地治理含锑废水的方法以及新颖除锑材料的研发具有重要的意义。

目前去除水溶液中锑的方法较少，主要包括氧化还原、混凝沉淀、形成挥发性的锑化合物(如H₃Sb)、溶剂萃取、离子交换以及吸附等。而以上几种处理方法中，混凝沉淀法需投加大量铁盐混凝剂，提高了制水成本以及污泥处理费用，并且会导致出水色度的增加。离子交换以及溶剂萃取法处理成本较高，特别是溶剂萃取法，加入大量有机溶剂，若处理不当，极易造成环境的二次污染。

吸附锑材料多为常用的吸附剂如石英砂、黏土、沸石等无机材料，氧化铁、氧化铝等金属氧化物材料以及植物灰、纤维素、复合及改性材料等，吸附法中被实际应用的各类材料对于水溶液环境中锑的去除效果仍不理想。

MOFs材料中只有UiO-66被应用于锑的去除研究，但是吸附性能低，难以满足需求。

发明内容

针对含锑水处理技术问题，提供了一种高吸附性TiO₂气凝胶的制备方法及其吸附水中重金属离子的应用，本发明室温、常压下，通过模板剂PEG制备了无定型TiO₂结构的模板气凝胶，该模板TiO₂气凝胶具有较高的比表面积，呈现较大的吸附能力。

一种高吸附性TiO₂气凝胶的制备方法，具体步骤如下：

(1)将模板剂分散到N,N-二甲基甲酰胺中得到分散体系；

(2)将钛酸四丁酯和硝酸加入到步骤(1)的分散体系中并搅拌混合均匀得到混合物；

(3)将去离子水加入到步骤(2)混合物中搅拌处理60～80min得到溶胶，静置处理3～4h得到凝胶；

(4)在温度为160～200℃条件下，将过量N,N-二甲基甲酰胺加入到步骤(3)凝胶中密封反应10～18h，自然冷却至室温得到气凝胶混合物，气凝胶混合物经洗涤烘干处理即得高吸附性TiO₂气凝胶。

所述步骤(1)分散体系中模板剂为聚乙二醇、糖酯、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或生物模板剂；分散体系中聚乙二醇、糖酯、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮或生物模板剂的浓度为5～8mg/mL。

所述钛酸四丁酯的体积与聚乙二醇的质量的比mL:mg为(0.025～0.030):1，钛酸四丁酯与硝酸的体积比为(100～110):1。