[发明专利]一种SiO2

说明书

本发明涉及一种SiO₂气凝胶/活性炭复合材料吸附剂的制备方法，属于吸附材料技术领域。其制备特点是采用溶胶‑凝胶工艺，以水玻璃为硅源，去离子水为溶剂，分别配制一定浓度的HCl、氨水作催化剂，加入不同量的活性炭，采用常压干燥工艺，制备SiO₂气凝胶/活性炭复合材料，本发明制备工艺简单，原料廉价易得，制备周期短，所制备的材料化学性质稳定。本发明制备的复合吸附材料具有较大的比表面积，能够有效吸附废水中的铬离子，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种SiO₂气凝胶/活性炭复合材料吸附剂的制备及应用。

背景技术

重金属有很多不同的定义。可分为三大类：有毒金属（Hg、Cr、Pb、Zn、Cu、Ni、Cd、As、Co、Sn 等），放射性金属（U、Th、Ra、Am 等）和贵重金属（Pd、Pt、Ag、Au、Ru 等），根据调查每年有数百万吨的重金属排放到环境中去。

大量未经处理的城市生活垃圾、工业和生活污水以及大气沉降物等不断排放到水体中，这些污染源中含有大量重金属，是造成我国水体重金属污染的主要原因。《2012年中国环境状况公报》数据显示：海洋重要渔业水域沉积物中，主要污染指标为铜和镉。《2013年中国环境状态公报》显示黄河渔业水域铜超标较重，长江流域部分水域铜略微超标，而海湾以渤海为例，近岸海域水质与上一年相比变差，铅和镍重金属污染为其中的主要污染物质。水污染是我国面临的主要环境问题之一。随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，达不到排放标准的工业废水排入水体后，会污染地表水和地下水。水体一旦受到污染，要想在短时间内恢复到原来的状态是不容易的。水体受到污染后，不仅会使其水质不符合饮用水、渔业用水的标准，还会使地下水中的化学有害物质和硬度增加，影响地下水的利用。我国的水资源并不丰富，若按人口平均占有径流量计算，只相当于世界人均值的四分之一。而地表水和地下水的污染，将进一步使可供利用的水资源数量日益减少，势必影响工农渔业生产，直接或间接地给人民生活和身体健康带来危害。工业废水主要来自冶金、化工、电镀、造纸、印染、制革等行业。废水中有害物质的种类和数量因生产工艺和生产方式的不同而有很大差异。如矿山、电力等部门的废水主要含无机污染物,而造纸、食品等部门的废水有机物含量很高。如由于特殊的地质化学成分的影响,使水中某些微量元素含量过高或过低。势必对环境的很大的污染与危害，人们长期饮用这种水会引起某些疾病,如水致地方性氟中毒及地方性甲状腺肿。

除了水体的重金属污染我国的土壤重金属污染现象也十分严重。2014 年全国土壤污染状况调查公报显示全国土壤总的超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，占总超标点位的82.8%，主要是镉、汞、砷、铅、铜、镍、铬、锌8种无机污染物。土壤污染中农田污染尤为严重，2011年全国受重金属污染的农田面积达到1.5亿亩，占全国耕地面积的8.3%，造成巨大的经济损失。 因此，我国的生态安全和人体健康受到了严重的威胁。据统计，目前我国每年发生上百起突发环境事件，频繁发生水污染事件，城市供水的安全受到严重的影响。就污染事件分布来看，我国华南、西南地区的重金属事故较为频繁，因为这些地区的有色金属矿产资源丰富，矿产与冶炼业发达，近十年来发生了轰动全国的数起污染事件，如2012 年广西龙江镉污染，2011 年湖南广东武江锑污染事件、2010 年广东北江铊污染事件等。

水污染的治理尤其是含有机物的废水的治理成为世界关注的热点问题。虽然传统的活性碳材料也具有吸附作用，但其成本较高，效率也低。SiO₂气凝胶是一种由纳米粒子相互聚结构成的具有纳米孔隙结构的新型固态材料，具有密度低、孔隙率高、比表面积大、分布均匀和透光性能好等特点，在许多领域具有非常广泛的应用前景。

目前，关于制备SiO₂气凝胶的报道很多，若将SiO₂气凝胶与活性炭复合，则将会大大扩展其在吸附、隔热、催化、色谱填充，以及激光惯性约束聚变等领域的应用范围和效率，有望为其大规模制备和应用提供一条切实可行的路线，具有重要意义。