有机模板纳米金属羟基氧化物制造技术

本发明专利技术公开了包含生物聚合物和一种或多种纳米金属-羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子的颗粒状复合材料，以及用于制备和使用它的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及纳米材料，并且特别涉及纳米金属羟基氧化物材料，例如，有机的模板纳米金属羟基氧化物材料，以及制备这类材料的方法。
技术介绍
在全部铝基组合物当中，活化氧化铝是最流行的组合物。活化氧化铝一般通过使氢氧化铝完全热脱水来制备，而勃姆石一般通过使氢氧化铝部分热脱水来制备。活化氧化铝是有效的工业干燥剂、催化剂载体和水中砷及氟化物的有效吸收剂。联合国环境规划署(UNEP)将活化氧化铝吸收划分为用于从水中移除砷的最好可用技术。通常铝基化合物并且尤其氧化铝广泛地使用并且是用于从饮用水中移除砷和氟化物的所展示技术的基础。然而，铝基化合物的氟化物吸附容量一般十分低，例如，在I至10mg/g数量级上。砷吸附容量类似地低。因此，利用常规氧化铝材料的吸附技术和装置受低砷和氟化物摄入容量限制并且可能要求频繁再生，产生大量的固体和液体废弃物。通常，在上文讨论的应用中使用颗粒状氧化铝珠。基于粉末的组合物不能直接使用，这归因于固有的不良导水率和粒子溶出的危险。常规的颗粒状珠通过添加粘合剂连同氧化铝/氢氧化物的细粒子并且将混合物在300°C至600°C的升高温度下加热来制备。用于获得氧化铝珠的又一种方法是通过油滴法，其中使得通过沉淀铝前体所获得的凝胶滴入热油浴中，形成球状粒子并且使粒子在较高的压力和温度下老化。在洗涤、干燥和在高温烧结后，获得产生的晶态球状氧化铝粒子。由于使用外部物理介质和/或化学物质，这类方法是较不环境友好和不经济的。金属氧化物-壳聚糖复合材料是因其移除(例如)多种水中污染物的吸附容量而知名的基于生物的有机材料的一个实例。最近已经检验了 T1-Al负载的壳聚糖珠对氟化物的移除，其中发现在80°C干燥的壳聚糖珠在水中溶胀`并且堵塞滤器装置。在升高的温度(例如，450°C )烧结这些珠可以改善珠的稳定性；然而，烧结过程减少氟化物摄入容量并且可能使壳聚糖分解。这些约束条件限制了这类介质用于水纯化应用。因此，需要解决前述问题以及与吸附材料和水过滤技术相关的其他缺点。尤其，需要具有改进的氟化物和/或砷吸附容量的生物友好型材料。这些需要和其他需要由本公开的组合物和方法满足。专利技术简述根据如本文中体现和广泛描述的本专利技术目的，本公开在一个方面涉及颗粒状复合材料，并且具体地涉及有机模板纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物的颗粒状复合材料和用于制备这类材料的方法。在一个方面，本公开提供一种用于制备有机模板纳米金属-羟基氧化物/氢氧化物/氧化物的颗粒状复合材料的方法。在另一个方面，本公开提供一种用于经水质途径制备包含生物聚合物和一种或多种纳米金属-羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子的颗粒状复合材料的方法。在另一个方面，本公开的方法可以在制备颗粒状复合材料时不需要升高的温度、压力或外部化学试剂。在又一个方面，本公开提供了包含本专利技术纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物材料的过滤装置。本专利技术的另外方面将部分地在后续的描述中阐明并且部分地从这种描述中显而易见或可以通过实施本专利技术获知。本专利技术的优点将借助所附权利要求书中特别指出的要素和组合而实现和达到。应当理解，前面的一般描述和以下的详述仅是示例性和解释性的，并且不限制如要求保护的本专利技术。附图简述并入本说明书中并且构成其部分的附图说明几个方面，并且与描述一起用于解释本专利技术原理。图1是根据本专利技术的多个方面在用于制备颗粒状混杂复合材料的方法中涉及的化学反应的示意图。图2是根据本专利技术的一个实施方案的壳聚糖结合的A100H粒子的示意图，以及显示粒子的胡椒样形状的显微照片。图3a示出有机模板勃姆石纳米构造(OTBN)、吸附氟化物的OTBN和壳聚糖的X射线衍射(XRD)图案。图3b示出由多种原料制备的OTBN和通过多种方法干燥的OTBN的XRD图案。 图4示出有机模板勃姆石纳米构造(OTBN)和吸附氟化物的OTBN的FT-1R谱。图5a示出在吸附氟化物之前和之后有机模板勃姆石纳米结构(OTBN)的X射线光电子能谱(XPS)，图5b、5c和5d分别详述铝区、氧区和氟区。图6a示出通过作为吸收剂剂量函数的OTBN吸附氟化物的程度，并且图6b示出在初始氟化物浓度为10mg/L和给水pH为7±0.2时作为初始氟化物浓度函数的氟化物摄入容量。图7a示出作为时间的函数的OTBN的氟化物摄入容量，并且图7b描述了氟化物吸附到OTBN上的准二级动力学曲线。图8a示出作为吸收剂剂量函数的OTBN的吸附容量，并且图8b示出在初始砷酸盐浓度为1.lmg/L和给水pH为7±0.2时作为初始砷酸盐浓度函数的OTBN的吸附容量。描述可以通过参考以下的本专利技术详述和其中所包含的实施例更容易地理解本专利技术。在公开和描述本专利技术的化合物、组合物、制品、系统、装置和/或方法之前，应当理解它们不限于特定的合成方法(除非另外说明)或不限于特定试剂(除非另外说明)，同样除非另外说明，否则这些当然可以变动。还应当理解本文中所用的术语其目的仅在于描述特定方面，并且不意在起限制作用。尽管与本文所述的那些方法和材料相似或相同的任意方法和材料可以用于实施或测试本专利技术，然而现在描述示例方法和材料。定义如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一个(a) ”、“一种(an) ”和“该(the) ”包括复数称谓，除非上下文另外清楚地说明。因而，例如，对“一种溶剂”的称谓可以包括两种或更多种溶剂的混合物。范围可以在本文中表达为从“约” 一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表述这个范围时，另一个方面包括从这一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当通过使用前项“约”，将值表述为近似值时，应当理解这个特定值值形成另一个方面。将进一步理解，每种范围的终点是相对于另一个终点均有意义的，并且独立于另一个终点。还应当理解，存在本文中公开的众多值并且除每个值之外，该值也在本文中公开为“约”这个特定值。例如，如果公开了值“ 10”，则也公开了“约10”。还应当理解，也公开在两个特定单位之间的每个单位。例如,如果公开了 10和15，则也公开了 11、12、13和14。如本文所用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或环境可以出现或可以不出现，并且这种描述包括所述事件或环境出现的情况和其不出现的情况。如本文所用，术语“羟基氧化物/氢氧化物/氧化物”可以指羟基氧化物、氢氧化物、氧化物或其任意组合。羟基氧化物、氢氧化物、氧化物的每一种不必要存在。在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词汇“包含(comprise)”或其变化形式如“包含(comprises)”或“包含(comprising)”应理解为表示包括所述的整数或步骤或者所述的整数或步骤组，但不排除任何其它整数或步骤或任何其它整数或步骤组。本文公开了待用来制备本专利技术组合物的组分以及在本文中公开的方法内待使用的组合物本身。这些材料和其他材料在本文中公开，并且可以理解，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、组等时，尽管可以不明确地公开这些化合物的每一个不同个体和整体组合和排列的具体称谓，然而每一个在本文中经特别构思和描述。例如，如果公开和讨论了一种特定化合物并且讨论了可以对包括所述化合物的众多分子作出的修改，则具体构思了所述化合物的每一种及每个组合和排列和可能的修改，除非特别指出反例。因此，如果公开了一类分子A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.02 IN 1529/CHE/20101.一种用于在包含生物聚合物和一种或多种纳米金属-羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子的水介质中制备颗粒状复合材料的方法，所述方法包括步骤: a.使金属前体与生物聚合物接触以获得金属-生物聚合物复合物；并且随后 b.使所述金属-生物聚合物复合物与碱接触以获得一种或多种纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a和b在低于约60°C的温度进行。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在b后， c.混合所述金属-生物聚合物复合物以产生半固体沉淀物； d.过滤所述半固体沉淀物； e.干燥所述半固体沉淀物以产生干燥的粒子-生物聚合物复合材料；并且 f.碾磨所述干燥的粒子-生物聚合物复合材料以形成颗粒状复合材料。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物聚合物包括壳聚糖、香蕉丝、纤维素或其组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物聚合物包括官能化形式的壳聚糖、香蕉丝、纤维素或其组合。6.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分的所述纳米金属羟基氧化物粒子具有晶体结构。7.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分的所述纳米金属羟基氧化物粒子在它们的晶体结构中含有高指数平面。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属前体包括铝、锌、锰、铁、钛、锆、镧、铈或其组合的盐。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属前体包含硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、异丙氧基铝或其组合。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱包括氢氧化钠、氨、氢氧化钾或其组合。11.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a-b在约20°C至约80°C的温度进行。12.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a-b在约20°C至约60°C的温度进行。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子-生物聚合物颗粒状复合材料的尺寸是约0.1mm至约3_。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子的尺寸是约Inm至约lOOnm。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子的尺寸是约3nm至约10nm。16.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分的所述纳米金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子在所述生物聚合物的表面上对齐。17.根据权利要求3所述的方法，其中所述干燥步骤包括冷冻干燥、表面干燥、热风干燥、喷雾干燥、真空干燥或其组合。18.根据权利 要求3所述的方法，其中所述颗粒状复合材料适用于从水中移除污染物。19.根据权利要求18所述的方法，其中污染物包括氟化物、砷、病原体或其组合。20.根据权利要求3所述的方法，其中将所述颗粒状复合材料用作吸收剂。21.根据权利要求3所述的方法，其中将所述颗粒状复合材料用作干燥剂。22.根据3的方法，其中将所述颗粒状复合材料用作催化剂。23.根据权利要求3所述的方法，其中将所述颗粒状复合材料用作绝缘涂层。24.根据权利要求3所述的方法，其中所述颗粒状复合材料具有在初始氟化物浓度为I至10mg/L时超过50mg/g的氟化物吸附容量。25.根据权利要求3所述的方法，其中所述颗粒状复合材料具有在初始氟化物浓度为5至10mg/L时超过50mg/g的氟化物吸附容量。26.根据权利要求3所述的方法，其中所述颗粒状复合材料具有在初始砷酸盐浓度为0.1至lmg/L时超过19mg/g的砷吸附容量。27.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒状复合材料具有在初始砷酸盐浓度为0.5至lmg/L时超过19mg/g的砷吸附容量。28.一种颗粒状复合材料，包含生物聚合物和一种或多种纳米金属-羟基氧化物/氢氧化物/氧化物粒子，其通过水介质中所实施的方法制备，所述方法包括步骤: a.使金属前体溶液与所述生物聚合物接触以获得金属-生物聚合物复合物溶液； b.通过在剧...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·普拉迪普，M·M·希哈布迪恩，安什普，M·U·桑卡尔，C·阿姆瑞塔，
申请(专利权)人：印度理工学院，
类型：
国别省市：