[发明专利]一种铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管及其制备方法与应用。本发明铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管的制备方法包括如下步骤：将纳米碳管、浓硫酸、浓硝酸和KMnO₄混合，反应，加入水和H₂O₂，抽滤，洗涤，干燥，得到氧化碳纳米管，与水混合，加入六水合三氯化铁、七水合硫酸亚铁及三氯化钛溶液，加入高锰酸钾溶液、氨水，陈化，抽滤，洗涤，干燥，得到铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管。本发明的铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管由无定形的复合金属氧化物负载在多孔氧化纳米碳管的表面和孔道，且采用水热反应，负载率较高，使用和保存方便，效果持久；铁钛锰复合氧化物富含羟基活性点位，吸附速率快；对人体无生物毒性，使用安全无污染。

技术领域

本发明涉及环境保护与化工分离技术领域，特别涉及一种铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管及其制备方法与应用。

背景技术

目前砷污染问题在全球中无处不在，砷对水资源的污染严重威胁着全世界数百万人，世界上许多地方都报告了这种污染，中国、美国、俄罗斯、印度、日本等很多国家都面临着不同程度的砷污染问题。砷是一种剧毒，致癌和致突变的污染物，长期暴露于饮用水中过量的污染物会导致皮肤问题和肝癌和膀胱癌。此外，砷的非致癌作用包括心血管疾病，糖尿病，贫血，对生育和神经系统的影响。世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(USEPA)将饮用水中砷的最大允许浓度设定为10ppb。根据世界卫生组织关于用砷污染水的指南，世界上超过2亿人面临浓度高于标准的砷风险，所以处理砷污染问题迫在眉睫。因为As(III)比As(V)毒性更大，更危险，毒性比As(V)高几十倍，流动性更强。此外，通过常规水处理工艺从水资源中去除As(III)更加困难。因此，把As(III)氧化成As(V)是从饮用水中去除As(III)达到所需标准的较为有效方法。

大部分化学氧化剂在As(III)氧化中是有效的，但它们也可能产生副产物引起次要的污染问题。为了制备高效率和低成本的吸附剂作为去除污染的水中的亚砷酸盐，制备出高效的吸附材料成为现在研究开发的热点，这几年来，铁氧化物、锰氧化物作为吸附材料对三价砷的去除逐渐受到关注和研究。但单金属氧化物处理能力有限，于是双金属氧化物在研发和应用方面也渐渐成熟。此外，还可以使用具有光催化性能的纳米颗粒对于三价砷进行氧化，光催化过程中不造成二次污染且可以提高氧化效率。光催化氧化过程中常用的TiO₂显示出许多优点(例如，物理和化学稳定性，可忽略的毒性，光催化性质，易于制备和对砷的高亲和力)，并且已广泛用作环境修复中的有效吸附和光催化介质由于使用温和的氧化剂，不存在有害的化合物，能够与其他物理和化学方法结合，以及替代传统的高能量处理技术的选择。有研究还表明，作为As(III)氧化最重要的氧化剂之一，锰氧化物由于其有效的成本，强大的氧化能力和强稳定性而得到了广泛的研究。因为在一种组合中使用两种或多种金属以及分别对每种金属具有协同作用，双金属纳米氧化物化合物可促进了从水性环境中氧化和吸附砷的各种过程，将铁、钛、锰三种金属氧化物有效结合在一起，提高对三价砷的氧化吸附能力。近年来，碳基材料(活性炭、纳米碳管、石墨烯等)由于具有比表面积大、多孔性质、热稳定性好、机械强度高等特点激发了学者们的研究兴趣，特别是纳米碳管，具有大的比表面积和丰富的表面官能团。将碳基材料与金属氧化物有机结合可制备出不同的新型复合材料，增强对污染物的吸附能力效率。负载的方法有很多种，其中水热法对材料物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，最终使产物的分散性较好。最主要的是，水热法能使金属氧化物更多地负载在碳纳米管上。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管。

本发明的再一目的在于提供上述铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铁钛锰复合氧化物改性纳米碳管的制备方法，包括如下步骤：