一种可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料及其制备方法，该复合材料为在硅藻土藻盘上负载有序纳米结构氧化铌，其制备原料包括Nb2O5粉末、氢氟酸、氨水、草酸铵、十二烷基苯磺酸钠、硅藻土、冰醋酸等。制备方法包括将Nb2O5粉末制成铌酸粉体，然后将与其他原料混匀制得悬浮液；加热反应，冷却，过滤，洗净后低温干燥即得。本发明专利技术硅藻土复合材料吸附降解Cr(Ⅵ)性能优异，既可有效解决纳米结构材料应用时存在的局限性，又能显著改善硅藻土的吸附效能。本发明专利技术方法具有工艺流程简单便捷，投资较少，材料来源丰富，价廉易得、处理成本较低等优点。

Degradable Cr (VI) diatomite composite material and preparation method thereof

The present invention relates to the adsorption and degradation of Cr (VI) diatomite composite material and a preparation method thereof, wherein the composite material is ordered nanostructures of niobium oxide loaded on the diatomite algae plate, the preparation of raw materials including Nb2O5 powder, hydrofluoric acid, ammonia, ammonium oxalate, twelve sodium alkyl benzene sulfonate, diatomite, acetic acid etc.. The preparation method comprises the following steps of: Nb2O5 powder is made into a niobium acid powder, and then mixed with other raw materials to prepare the suspension; the reaction is heated, cooled, filtered, washed and dried at low temperature. The diatomite composite material has excellent adsorption and degradation performance of Cr (VI), which can effectively solve the limitation existing in the application of nano structured materials, and can significantly improve the adsorption efficiency of diatomite. The method of the invention has the advantages of simple and convenient process flow, less investment, rich material source, low cost and easy access, low processing cost and the like.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属离子吸附净化及毒性降解材料
，尤其涉及一种复合吸附剂制备方法和应用，更具体的涉及一种硅藻土沉积Nb2O5纳米棒的复合材料，可高效吸附降解Cr(Ⅵ)。
技术介绍
铬是被公认毒性最大的重金属污染物之一，可通过消化道、呼吸道、皮肤和黏膜侵入人体长期存在，干扰生物酶活性、产生致变，危害极大，其污染治理备受关注。铬在水体中存在的Cr(Ⅵ)(六价铬)较Cr(Ⅲ)(三价铬)溶解度大、毒性强、难于治理。高毒性Cr(Ⅵ)离子从水体中被吸附分离，仍存在毒性通过水体、土壤、动植物生物链等迁移转化造成再污染的问题，工业污水中达标治理非常困难。相对于六价铬而言,三价铬毒性低数十倍，甚至百倍，也有三价铬环保的说法。因此，在对污水中Cr(Ⅵ)而进行吸附去除的同时，将其进行价态转化，即将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)，即实现Cr(Ⅵ)的毒性降解，可有效解解决Cr(Ⅵ)毒性转移所造成的二次污染问题。目前含铬废水处理方法主要有化学还原法、离子交换法、吸附法等，其中吸附法简单方便，适用于低浓度含铬废水的深度净化，工业化应用最多。但吸附法去除铬、砷等重金属酸根阴离子，主要受限于材料的吸附效能。具有多孔、大比表面和丰富表面官能团，是优异的铬离子吸附剂。能满足上述性能要求的吸附剂，价格均较为昂贵。硅藻土是一种廉价且具有天然微孔结构的无机矿物材料，表面硅羟基丰富，在吸附重金属离子方面具有天然结构优势。但硅藻原土在吸附处理重金属离子时存在两个不足：一是比表面积较低(25～30m2/g)，吸附容量受限；二是对水体中重金属酸根阴离子去除率较低。纳米结构材料是表面活性官能团最为丰富的材料，可显著提高材料的比表面积和氧化、还原等化学活性，但纳米结构吸附剂存在颗粒团聚严重和吸附剂难于后续处理，且易以造成浪费和二次污染问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是针对现有技术存在的不足，提供一种既能吸附又能催化降解重金属Cr(Ⅵ)离子的硅藻土复合材料。本专利技术的第二个目的提供上述复合材料的制备方法。本专利技术的第三个目的是提供所述复合材料在吸附降解Cr(Ⅵ)中的应用。本专利技术技术方案如下：一种可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，为在硅藻土藻盘上负载有序纳米结构氧化铌，其制备原料包括Nb2O5粉末、氢氟酸、氨水、草酸铵、十二烷基苯磺酸钠、硅藻土、冰醋酸等。优选地，所述可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，其由包括以下重量份的原料制成：0.1-1.5份Nb2O5粉末、0.3-1.5份草酸铵，0.1-1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.1-1.0份硅藻土，5-30份冰醋酸。进一步优选地，所述可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，其由包括以下重量份的原料制成：0.5份Nb2O5粉末、0.5-0.6份草酸铵，0.1份十二烷基苯磺酸钠、0.1份硅藻土，10份冰醋酸。所述可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，其原料还包括氢氟酸和氨水，氢氟酸的用量以使Nb2O5粉末溶解为准，氨水用量以使Nb2O5沉淀为准。优选地，以g/mL计，Nb2O5粉末与氢氟酸的质量体积比为0.5:10。优选地，以g/mL计，Nb2O5粉末与氨水的质量体积比为0.5:15。所述硅藻土包括硅藻土原矿(硅藻土原土)、非煅烧硅藻土、低温煅烧硅藻土(煅烧温度低于600℃)、高温煅烧硅藻土(煅烧温度高于850℃)等中的一种或几种；优选为硅藻土原矿(硅藻土原土)。本专利技术还提供所述可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按配比取各原料，将Nb2O5粉末，放入反应釜中，加入适量氢氟酸溶解，再加入适量氨水沉淀，制得铌酸粉体(作为前躯体)，备用；(2)按配比将铌酸粉体、草酸铵，十二烷基苯磺酸钠、硅藻土，加入冰醋酸中，搅拌至均匀溶解，制得悬浮液；(3)将所述悬浮液转入反应釜中，于温度140-200℃恒温加热8-20h，冷却至室温，将反应产物过滤，分别用乙醇和去离子水洗净，低温干燥制得所述硅藻土复合材料。具体地，上述可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)前躯体粉末制备：称取0.5g的Nb2O5粉末，放入反应釜中，加入10mL氢氟酸溶解，再加入适量氨水沉淀，制得铌酸粉体，备用；(2)称取步骤(1)制得的0.3-0.5g铌酸粉体、0.5-0.6g草酸铵，0.1g十二烷基苯磺酸钠、0.1g硅藻土，加入10mL冰醋酸中，搅拌40min，均匀溶解，制得悬浮液；(3)将所述悬浮液转入反应釜中，于温度160℃恒温加热14h，冷却至室温，将反应产物过滤，分别用乙醇和去离子水洗净，低温干燥制得。步骤3)所述反应釜优选为聚四氟乙烯反应釜。所述悬浮液体积一般为聚四氟乙烯反应釜容积的1/3-2/3。步骤3)可在烘箱中进行加热反应。本专利技术还包括上述方法制得的可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料。本表明还包括上述硅藻土复合材料在吸附降解Cr(Ⅵ)方面的应用。氧化铌因其独特晶体结构(六方晶系、正交晶系、单斜晶系)和可变价态，在酸性或紫外光照射条件下，表现出良好的催化还原能力，可用于环境污染物的降解，且不造成材料消耗，是较为理想的Cr(Ⅵ)毒性降解材料，纳米结构氧化铌又可进一步改善其催化活性。本专利技术在吸附基材硅藻土上制备纳米结构氧化铌的复合材料，在保持客体金属(Nb)本征氧化、还原化学性能的同时，又赋予天然硅藻土矿物高比表面积、高密度不饱和悬键、多类别表面功能基团等吸附的同时解决六价Cr的还原问题，从而解决Cr离子毒性的后续污染，实现无害化，具有重要科学意义和使用价值。本专利技术提供的硅藻土复合材料(也称Nb2O5纳米棒/硅藻土复合材料)在硅藻土藻盘上负载有序纳米结构氧化铌，吸附降解Cr(Ⅵ)性能优异，既可有效解决纳米结构材料应用时存在的局限性，又能显著改善硅藻土的吸附效能。本专利技术方法具有工艺流程简单便捷，投资较少，材料来源丰富，价廉易得、处理成本较低等优点。附图说明图1为硅藻原土以及反应时间8h、10h、12h、14h所得各样品的XRD图谱。图2中a-f分别为硅藻原土以及反应时间8h、10h、12h、14h所得各样品的SEM图。图3中a、b分别为实施例1复合材料的TEM图和HRTEM图。图4为实施例1实验样品上清液0-50min的紫外吸收光谱图。图5为实施例1-3及对照品1-3样品Cr(Ⅵ)降解率结果图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。以下实施例中涉及到的原料，如无特殊说明均可市购获得；涉及到的操作如无特殊说明，均为本领域的常规操作。其中Nb2O5粉末、氢氟酸、氨水、草酸铵、十二烷基苯磺酸钠、冰醋酸、商用P25(平均粒径为25纳米的锐钛矿和晶红石混合相的二氧化钛)为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；硅藻土为硅藻土原土(吉林长白)，由吉林远通矿业有限公司提供。实施例1溶剂热法制备Nb2O5纳米棒/硅藻土复合材料(1)称取0.5g的Nb2O5粉末，放入反应釜中，加入10mL氢氟酸溶解，再加入氨水沉淀，制得铌酸粉体，备用；(2)称取0.3g步骤(1)制得的铌酸粉体、0.5g草酸铵、0.1g十二烷基苯磺酸钠、0.1g硅藻土，加入10mL冰醋酸中，搅拌40min，均匀混合，制得悬浮液；(3)将悬浮液转入容积为25mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜置于160℃的烘箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，其特征在于，其由包括以下重量份的原料制成：0.1‑1.5份Nb2O5粉末、0.3‑1.5份草酸铵，0.1‑1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.1‑1.0份硅藻土，5‑30份冰醋酸。

【技术特征摘要】
1.一种可吸附降解Cr(Ⅵ)硅藻土复合材料，其特征在于，其由包括以下重量份的原料制成：0.1-1.5份Nb2O5粉末、0.3-1.5份草酸铵，0.1-1.0份十二烷基苯磺酸钠、0.1-1.0份硅藻土，5-30份冰醋酸。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，其由包括以下重量份的原料制成：0.5份Nb2O5粉末、0.5-0.6份草酸铵，0.1份十二烷基苯磺酸钠、0.1份硅藻土，10份冰醋酸。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述硅藻土包括硅藻土原矿、非煅烧硅藻土、低温煅烧硅藻土、高温煅烧硅藻土中的一种或几种。4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，其原料还包括氢氟酸和氨水，氢氟酸的用量以使Nb2O5粉末溶解为准，氨水用量以使Nb2O5沉淀为准。5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，以g/mL计，Nb2O5粉末与氢氟酸的质量体积比为0.5:10；和/或，以g/mL计，Nb2O5粉末与氨水的质量体积比为0.5:15。6.权利要求1-5任一项所述复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按配比取各原料，将Nb2O5粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玉成，张时豪，孙靖忠，王金淑，吴俊书，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11