[发明专利]一种氧化锡纳米管自组装膜材料及其制备方法和除砷应用

说明书

本发明公开了一种氧化锡纳米管自组装膜材料及其制备方法和除砷应用，属于无机非金属纳米材料制备与环境保护技术领域。利用氧化还原沉淀与选择性刻蚀的工艺，成功制备出氧化锡纳米管，进而通过一维纳米材料的自组装交织特性制得除砷膜材料。该纳米管膜材料可以直接作为水溶液的除砷材料，对不同砷浓度污染的水溶液均呈现出良好的净化去除能力。特别地，该纳米管膜材料不仅解决了水中低浓度砷离子难以净化去除的难题，同时也解决了传统高效纳米吸附材料难以进行固液分离的难题。

技术领域

本发明属于无机非金属纳米材料制备与净水环境保护技术领域，具体为一种氧化锡纳米管自组装膜材料及其制备方法和除砷应用，该氧化锡纳米管自组装膜材料能直接用于水中砷离子的净化去除。

背景技术

砷广泛分布于大气、水、土壤、岩石和生物体中。在自然水体中，溶解的砷，一般以无机砷酸盐(AsO₄^3-)、亚砷酸盐(AsO₃^3-)形式或以甲基化的砷化合物形式存在。目前，在许多国家和地区的地表水中发现了砷污染。在我国的内蒙古、新疆、台湾等地，饮水中含砷量在部分地区高达0.2-2.0mg/L。

我国生活饮用水标准GB5749-2006规定砷质量浓度不得超过10ppb，美国、欧共体、WHO的生活饮用水砷质量浓度不得超过10ppb，控制水中砷超标，特别是低浓度下含砷水体的净化，已成为急需解决的问题之一。

对于重金属污染的水体，常用的处理技术主要有离子交换、反渗透、膜过滤、絮凝沉淀法、吸附法等。其中，吸附法以其成本最低、操作最简单而被广为推崇，尤其适用于处理污染浓度较低的自然水体，但吸附法关键在于发展具有较大比表面积和优越表面性能的高效吸附材料。当前国内外吸附材料中，活性材料的吸附效果受pH值控制较严格；含铁矿物材料在除砷过程中易导致二次污染；而纳米材料具有一系列新异的物理化学特性，如由于表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而稳定下来等，因此纳米吸附材料在处理重金属污染方面具有广阔的应用前景。

四价的锡离子的离子势大约在5.97，对于水中砷离子具有合适的成键与解离能力，同时氧化锡纳米材料表面有丰富的活性基团，在除砷方面可能有优越的性能，然而SnO₂的砷吸附性能研究尚未有报道。所以，研究氧化锡纳米材料的除砷特性，开发氧化锡基吸附是环境保护与高效吸附材料研发领域一个重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锡纳米管自组装膜材料及其制备方法和除砷应用，利用氧化还原沉淀与选择性刻蚀的工艺，成功制备出氧化锡纳米管，进而通过一维纳米材料的自组装交织特性制得除砷膜材料。该氧化锡纳米管膜材料可以直接作为水溶液的除砷材料，对不同砷浓度污染的水溶液均呈现出良好的净化去除能力。特别地，通过制备工艺的研发与设计，成功地把纳米材料高比表面、高活性和膜材料易于固液分离的优点结合起来，不仅解决了水中低浓度砷离子难以净化去除的难题，同时也解决了传统高效纳米吸附材料难以进行固液分离的难题。

本发明的技术方案是：

一种氧化锡纳米管自组装膜材料，该膜材料是由氧化锡纳米管自组装并相互交织形成，其中：所述氧化锡为金红石型氧化锡，所述氧化锡纳米管的内径为10-30nm，管壁厚度为10-25nm，管长大于1μm。

该膜材料的比表面积为80～120m²g^-1，膜材料表面有直径14.6nm～44.6nm的介孔存在，比孔容为0.05～0.2cm³g^-1。

上述氧化锡纳米管自组装膜材料的制备过程为：以锰氧化物纳米纤维为模板，利用氧化还原沉淀与选择性刻蚀的工艺，制备出氧化锡纳米管，进而通过自组装交织特性的手段制得氧化锡纳米管自组装膜材料。该制备过程具体包括如下步骤：