[发明专利]一种氧化锆球形吸附剂及其制备方法和应用

说明书

一种氧化锆球形吸附剂及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：向冰乙酸和甲酸的混合溶液中加入有机铵盐和有机锆前体，再向其中加入水，将上述混合溶液转移至密闭反应釜中，于160℃~220℃下恒温反应12~48小时，冷却，分离取固体产物，清洗干燥后，焙烧。本发明制备的氧化锆球形吸附剂，直径为200~400nm，内分布有直径为1~10nm的介孔，所述球形吸附剂是由单元尺寸为5~10nm的氧化锆纳米晶自组装形成的球体；所述吸附剂的比表面积为100~250m²/g。将上述吸附剂应用于吸附金属离子，尤其是砷离子具有良好的效果。

技术领域

本发明涉及一种氧化锆吸附剂及制备方法和应用，用于污水处理中金属离子的吸附与回收，属于环保领域。

背景技术

空气，土壤和水中的有毒重金属正危害人类的生活环境，威胁着人类健康，例如砷污染，人体长期接触砷导致肝，肺，膀胱和皮肤等组织器官的癌变，还会引起心血管疾病，儿童接触会阻碍智力发育，因此，有效地捕捉和回收有毒金属离子，降低其污染成为全球性关注问题。2001年美国环保局将饮用水中砷含量标准从50mg/L降到10mg/L。在技术上去除有毒重金属也是一项富有挑战性的工作。目前处理重金属废水技术的最新进展有硫化法、化学沉淀法、膜过滤法、絮凝法、溶剂萃取法以及吸附法等，其中吸附法以其不增加新离子和可以循环利用的独特优势而渐渐引起人们注意。

吸附法是利用吸附剂活性表面对重金属离子的吸引来除去重金属离子，吸附法中的核心技术是吸附剂，重金属离子吸附剂很多，有天然矿物，如沸石、高岭石等无机材料，有天然高聚物如丹宁类、木质素类、壳聚糖类等，还有人工合成的或改性的聚合物，如聚苯乙烯基树脂、硅胶基树脂等。纤维素本身具有一定的吸附功能，但吸附容量小，新型黄原酸酯是以纤维素为载体合成黄原酸酯吸附剂，具有来源丰富，制作工艺简单，去除有毒重金属离子效果好的优点，对环境功能材料的推广具有重要义。柚子皮具有丰富的纤维素，其制备过程为：将柚子皮去黄皮留白瓤，将白瓤在沸水中煮成半透明后烘干，粉碎，过筛，得到半成品。

国内外在废水处理中使用的主要是有机吸附剂，确实起到了很好的分离效果。但是，有机吸附剂的吸附效率和热稳定性较差，抗污染能力低，使用寿命不长；而且通常需要与其它方法配合使用才能达到最佳的分离效果。为了克服有机吸附剂的缺点，无机吸附剂的应用逐步为人们所关注。与有机吸附剂相比，无机吸附剂具有吸附效率高、化学稳定性好、耐酸碱和有机溶剂、使用寿命长等优点，所以在吸附剂分离中显示出良好的应用前景。在无机吸附剂中，氧化锆吸附剂因为无毒，性能稳定和在水中无溶解等优良性能，而备受推荐。

早期用合成的纳米ZrO₂作为吸附剂，例如文章（Cui Hang，Industrial Engineering Chemical Research，2012,51,353,-361）合成了水合氧化锆（ZrO₂·xH₂O），氧化锆颗粒尺寸在5-10纳米，比表面积达到161.8m²/g。（Cui Hang， J. IndustrialEngineering Chemistry，2012,18,1418-1427）报道了一种非晶氧化锆纳米颗粒的合成方法，比表面积高达327.1 m²/g，具有高的砷的吸附能力。专利CN201210166028.3公开了一种砷吸附水处理二氧化锆纳米颗粒的制备方法，比表面积达到141 m²/g，孔径分布集中在4.6纳米。但纳米颗粒的回收较为困难，在工业上，需要负载在多孔的载体上，但由于负载与载体之间作用力的弱而引起吸附剂流失。