[发明专利]一种工业重金属废水吸附用矿石掺杂硅基气凝胶

说明书

本发明提出了一种工业重金属废水吸附用矿石掺杂硅基气凝胶，包括质量比10:0.5‑2的含钛硅基凝胶液、活化矿石悬浮液；其中，含钛硅基凝胶液中钛元素以氧化钛/海泡石纤维复合材料为原料添加，且含钛硅基凝胶液中硅钛摩尔比为180‑200:1；活化矿石悬浮液中包括复合矿石粉、AMPS/AM的二元共聚物、聚乙烯醇溶液、木质素磺酸钠，且四者质量比为1:0.3‑0.5:4‑5：0.1‑0.15，本发明通过合理的原料选取和配置，将矿石、氧化钛协同掺杂负载于气凝胶上，有效提高了气凝胶的稳定性和吸附性，对重金属吸附具有优异的改善效果。

技术领域

本发明涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种工业重金属废水吸附用矿石掺杂硅基气凝胶。

背景技术

水体中的重金属主要包括As、Cu、Cr、Zn、Cd、Pb和Hg等，它们一般通过采矿、金属冶炼、电镀、化工废水和生活污水进入水环境。重金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点，将可能通过多种途径对人体产生巨大危害。因此，如何有效解决重金属污染问题、控制重金属对人体造成的潜在健康风险，已经成为人们关注的热点。吸附法是去除水中重金属的一种常用方法，目前，用于去除重金属的吸附材料有活性炭、膨润土、沸石、生物吸附剂、活性氧化铝和以及天然或合成的金属氧化物及其水合氧化物等。但目前现有的吸附材料，其吸附容量和吸附效率均有待进一步提高，开发吸附容量大、吸附效率高的新型吸附材料成为一个重要的研究方向。

气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在1-100nm范围，孔洞率在80％以上，是一种以纳米量级微结构相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、石油、化工、矿产、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用价值，被称为“改变世界的神奇材料”。

在溶胶凝胶过程中，通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，在溶体内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，采用超临界干燥工艺处理，把凝胶置于压力容器中加温升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体，气液界面消失，表面张力不复存在，此时将这种超临界流体从压力容器中释放，即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。

气凝胶明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表面积，因其具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点，因此，将气凝胶材料应用到重金属吸附剂材料上已成逐渐成为当下研究的趋势之一。

另外，在吸附材料中进行部分元素、物质掺杂对吸附性能的促进意义也是当下研究的热门方向，但多为电吸附方向，单纯的物理材料的吸附性能仍差强人意，需要进一步的改进提升，因此，研制出可用于物理吸附新型掺杂高吸附性的复合材料仍需努力。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种工业重金属废水吸附用矿石掺杂硅基气凝胶，通过合理的原料选取和配置，将矿石、氧化钛协同掺杂负载于气凝胶上，有效提高了气凝胶的稳定性和吸附性，对重金属吸附具有优异的改善效果。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种工业重金属废水吸附用矿石掺杂硅基气凝胶，包括质量比10:0.5-2的含钛硅基凝胶液、活化矿石悬浮液；其中，含钛硅基凝胶液中钛元素以氧化钛/海泡石纤维复合材料为原料添加，且含钛硅基凝胶液中硅钛摩尔比为180-200:1；活化矿石悬浮液中包括复合矿石粉、AMPS/AM的二元共聚物、聚乙烯醇溶液、木质素磺酸钠，且四者质量比为1:0.3-0.5:4-5：0.1-0.15。