一种负载水合金属氧化物的多孔陶粒吸附材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种负载水合金属氧化物的多孔陶粒及其制备方法，属于水处理工程材料领域。该材料以多孔陶粒为骨架，以水合金属氧化物为活性吸附材料，粒径为0.1mm～1cm，比表面积为10～1000m2/g，平均孔径5nm～500nm，水合金属氧化物的负载量以金属计为2mg/g～200mg/g。该材料的核心生产工艺流程包括：将多孔陶粒放入碱液中活化；将活化的多孔陶粒放入金属盐的溶液中浸渍吸收金属离子；将所得吸收金属离子的多孔陶粒放入碱液中反应，冲洗，即可得到负载水合金属氧化物的多孔陶粒。本发明专利技术提供的负载水合金属氧化物的多孔陶粒可以作为高性能吸附材料应用于环境工程领域，吸附去除水中的污染物。

Porous ceramsite adsorption material supported by hydrated metal oxide and preparation method thereof

The invention discloses a porous ceramsite loaded with water alloy metal oxide and a preparation method thereof, belonging to the field of water treatment engineering materials. The porous ceramsite was used as the skeleton and the water alloy oxide was used as the active adsorption material. The particle size was 0.1 mm-1 cm, the specific surface area was 10-1000 m2/g, the average pore diameter was 5-500 nm. The loading of water alloy oxide was 2 mg/g-200 mg/g by metal. The core production process of the material includes: putting porous ceramsite into alkaline solution to activate; putting activated porous ceramsite into the solution of metal salt to soak up metal ions; putting porous ceramsite into alkaline solution to absorb metal ions, and flushing, porous ceramsite loaded with oxide of water alloy can be obtained. The porous ceramsite loaded with water alloy metal oxides can be used as a high-performance adsorption material in the field of environmental engineering to adsorb and remove pollutants in water.

【技术实现步骤摘要】
一种负载水合金属氧化物的多孔陶粒吸附材料及制备方法
本专利技术属水处理
，具体涉及一种由水合金属氧化物和多孔陶粒构成的复合纳米多孔材料及制备方法。
技术介绍
水合金属氧化物材料一方面表面带较多电荷，可以通过静电引力吸附带异种电荷的污染物，另一方面，可以提供配位原子与水体中的多种污染物形成配位键吸附去除污染物，如磷酸根离子，砷酸根离子，氟离子等阴离子污染物，Pb，Cd，Hg，Cu等重金属污染物。水合金属氧化物纳米材料因粒径在纳米量级，比表面积大，活性强，具有更加优异的吸附性能。例如，论文(陈慧，等.有机聚合物负载水合氧化铁去除水中微量锑，中国给水排水，2017，13(33)：68-72)研究了壳聚糖/醋酸纤维素负载水合氧化铁多孔复合吸附剂对水中微量锑的吸附性能。另外，水合金属氧化物材料可以作为类芬顿固体催化剂催化双氧水、过硫酸盐、臭氧等分解产生强氧化性自由基，氧化降解有机污染物。例如，论文(水合氧化铁催化臭氧氧化去除水中痕量硝基苯，环境科学，2004，25(4)：43-47)报道了水合氧化铁催化臭氧氧化降解水中痕量硝基苯的性能。虽然水合金属氧化物材料具有优异的吸附、催化性能，但是水合金属氧化物材料粒径小，大规模使用情况下，易流失，使出水色度增加。另外水合金属氧化物在污水介质中使用时容易板结，使水头损失增加，滤过性能下降。通过载体负载水合金属氧化物制备大颗粒吸附或催化材料可以减少水合金属氧化物在净水过程中的流失及过滤阻力。例如，专利(潘丙才，等.一种基于纳米颗粒无机功能剂的环境功能复合材料，CN101143311)公开了一种基于有机大孔树脂和纳米无机功能剂的环境功能复合材料。专利(潘丙才，等.基于纳米颗粒水合氧化锰的环境功能材料及其制备方法，CN101224408A)公开了一种有机离子交换树脂负载纳米水合氧化锰复合材料的合成方法。多孔陶粒是以硅藻土、火山岩、沸石等天然多孔材料为主，添加少量膨润土、蒙脱石、凸凹棒石等黏土材料为辅助粘接剂，经高温煅烧得到的毫米级无机非金属多孔材料。多孔陶粒自身可以作为吸附材料，吸附去除氨氮、重金属等阳离子性污染物和部分有机污染物，已经应用于污水治理，空气净化等环境工程领域。例如，论文(盐度对人工渗滤系统中煤渣和陶粒除磷过程的影响，环境工程学报，2015,9(10)：4705-4710)报道了陶粒在人工渗滤系统中除磷性能。但是，多孔陶粒自身活性成分少，活性低，特别是对阴离子性污染物去除性能不佳。负载纳米活性成分是改良陶粒吸附、催化性能的有效方法。例如，专利(谢发之，等.一种多孔除磷陶粒及其制备方法，CN104876639A)以凸凹棒土为陶粒骨材，碳酸镧为吸附磷活性成分，农作物秸秆为造孔剂，通过高温煅烧过程制备了多孔除磷陶粒。论文(氧化镁/地铁渣土复合陶粒的制备及除磷性能研究，应用化工，2015,44(9):1581-1585)以废弃地铁渣土为主要原料，以氧化镁为辅料制备了除磷陶粒。总之，目前，虽然已有单独使用水合金属氧化物或多孔陶粒用于污水吸附去除或催化氧化降解污染物的相关报道，但是未查到使用负载水合金属氧化物的多孔陶粒的产品及合成方法。为了克服水合金属氧化物材料与多孔陶粒的不足，有机结合水合金属氧化物材料的高活性与多孔陶粒的大尺寸、多介孔优点，本专利技术用多孔陶粒为骨架，吸收金属离子溶液后，经碱性环境下原位沉淀工艺，制备负载水合金属氧化物的多孔陶粒产品。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供负载水合金属氧化物纳米材料的多孔陶粒复合材料及其制备方法，综合利用水合金属氧化物纳米材料的高活性与多孔陶粒的大尺寸、多介孔优点，为环境污染物的去除应用提供性能优异的吸附材料。本专利技术的产品为一种负载水合氧化铁，水合氧化铝，水合氧化锰，水合氧化锆等水合金属氧化物纳米粒子的多孔陶粒。本专利技术还涉及负载水合金属氧化物纳米材料的多孔陶粒的生产方法。该方法以浸渍、沉淀为主要工艺特征。本专利技术的负载水合金属氧化物的多孔陶粒的制备方法，包括下列步骤：(a)将自制或市售多孔陶粒在碱液中浸泡、活化；(b)将以水溶性金属盐盐为主的原料溶解制备水合金属氧化物前体溶液；(c)将多孔陶粒放入步骤(b)中的水合金属氧化物前体溶液中浸渍一定时间；(d)将步骤(c)中的多孔陶粒，过滤，干燥得到浸渍金属离子的多孔陶粒；(e)将步骤(d)中所得的浸渍金属离子的多孔陶粒放入碱液中反应，经水洗，得到负载水合金属氧化物的多孔陶粒。(f)步骤(a)为非必须步骤，经过步骤(a)活化的多孔陶粒表面具有更多的活性羟基，能够提高水合金属氧化物纳米材料的负载量。但是使用不经活化的多孔陶粒，也可以顺利得到较低负载量的载水合金属氧化物多孔陶粒。有益效果采用本专利技术制备的负载水合金属氧化物多孔陶粒纳米复合材料作为吸附材料在环境工程应用中主要具有如下优点：(1)多孔陶粒原料来源广，成本低；(2)水合金属氧化物受陶粒保护，产品不板结，水头损失小；(3)负载水合金属氧化物的多孔陶粒为毫米级，不易流失；(4)负载水合金属氧化物的多孔陶粒不含有机成分，抗氧化，寿命长；(5)负载水合金属氧化物的多孔陶粒不含有害元素，材料本身在使用过程中不会污染环境。具体实施方式以下通过实施例进一步说明本专利技术。实施例1：负载水合氧化铁纳米材料的多孔硅藻土陶粒(1)将氯化铁用水溶解制备水合氧化铁前体溶液，保持Fe浓度为1摩尔/升，体积为100毫升；(2)取市售、粒径1-2毫米的介孔硅藻土陶粒100克，加入到步骤1中的水合氧化铁前体溶液中，振荡浸泡10分钟，超声处理10分钟去除陶粒气泡；(3)通过过滤去除多余的溶液，经105oC烘干1小时，得到干燥的，吸收水合氧化铁前体的硅藻土陶粒；(4)将步骤(3)得到的吸收水合氧化铁前体的硅藻土陶粒放入体积为1升的NaOH溶液(0.1摩尔/L)中浸泡1小时。(5)过滤去除多余NaOH溶液，水洗至中性，得到负载水合氧化铁纳米材料的多孔硅藻土陶粒。实施例2：负载水合氧化锆的多孔硅藻土陶粒将实施例1步骤1中的氯化铁替换为乙酸锆，浓度调节为0.2摩尔/升，其他步骤不变，即可得到负载水合氧化锆纳米材料的多孔硅藻土陶粒。实施例3：负载水合氧化锰的多孔硅藻土陶粒将实施例1步骤(1)中的氯化铁替换为硫酸锰，其他步骤不变，即可得到负载水合氧化锆纳米材料的多孔硅藻土陶粒。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利所述之多孔陶粒的主要成分是以Al，Si，O等为主要构成元素的，含有孔道结构的，粒径为0.1毫米至1厘米的黏土烧结无机非金属材料，如以硅藻土为主要原料，添加少量膨润土，蒙脱土，高岭土等黏土材料介孔硅藻土陶粒。

【技术特征摘要】
1.本专利所述之多孔陶粒的主要成分是以Al，Si，O等为主要构成元素的，含有孔道结构的，粒径为0.1毫米至1厘米的黏土烧结无机非金属材料，如以硅藻土为主要原料，添加少量膨润土，蒙脱土，高岭土等黏土材料介孔硅藻土陶粒。2.本专利所述之水合金属氧化物是指Fe，Mn，Zr等金属元素的水溶性盐在碱性环境水解得到的水合金属氧化物，如水合氧化铁，水合氧化铝，水合氧化锰，水合氧化锆等，添加少量其他元素，如La，Ti，Ca，Si，P，F等可改良吸附性能，也在本专利保护范围。3.本专利所述之负载水合金属氧化物的多孔陶粒是指将权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李战军，夏嫣，黄宣旗，李万斌，孙猛，
申请(专利权)人：深圳科尔新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44