[发明专利]一种介孔锆/镧双氢氧化物纤维的制备方法及其在净化磷酸盐废水中的应用

说明书

本发明涉及一种介孔锆/镧双氢氧化物纤维的制备方法及其在净化磷酸盐废水中的应用。以聚乙酰丙酮合锆为锆源，六水合硝酸镧为镧源，非离子表面活性剂P‑123为模板剂，在以甲醇、水和浓盐酸组成的混合溶剂中加入适量助纺剂形成纺丝液。采用静电纺丝法制备出介孔锆/镧双氢氧化物前驱体纤维，经过高压水蒸气气氛热处理后可得到比表面积高达225.83m²/g、长径比大、介孔结构稳定、元素分布均匀的介孔锆/镧双氢氧化物纤维。将纤维用于磷酸盐吸附实验，测得纤维对磷酸根离子的最大吸附量约为374.21mg/g，吸附速度快，吸附效率高，循环性能好，在磷酸盐吸附领域显现出巨大的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种锆/镧双氢氧化物介孔纤维的制备方法及其在净化磷酸盐废水中的应用，属于无机功能材料合成技术领域。

背景技术

随着现代工业农业的发展，人们也面临着一系列的环境污染问题。其中，水体中存在过量的磷会导致水体富营养化，进而严重恶化自然水质及生态系统平衡。在水污染处理领域，吸附法是一种高效、环保的方法，具有操作简单、成本低、能耗低、不产生污泥、处理效率高等优势，广泛应用于废水中磷酸盐去除。吸附效果的优劣关键在于吸附剂材料的设计。在一些传统的吸附剂中，金属氧化物因其与磷酸根离子之间的路易斯酸碱相互作用而具有很强的配体吸附能力，其吸附能力远远优于活性炭、沸石、粘土等。而氧化锆(ZrO₂)由于其对磷酸根离子的巨大亲和力和良好的生物相容性，被认为是一种优秀的磷酸盐吸附剂。此外，ZrO₂在强酸和强碱环境中均能保持稳定，并能抵抗有机配体、氧化剂和还原剂的不利影响。氧化镧(La₂O₃)通常被用作吸附磷酸根离子的活性物质，这是因为它与磷酸根离子之间具有强的相互作用。然而，纯La₂O₃材料本身存在解吸困难、物理化学性能不稳定和回收困难等缺陷。随着研究的进行，科学家们发现ZrO₂和La₂O₃的复合材料能够在保持较高的吸附效率的前提下，同时具有良好的化学稳定性和循环利用性能。然而，吸附效率较高的纳米尺度吸附剂在吸附应用时存在易团聚、难分离等缺点，而易分离的体积较大的吸附材料反应接触面积小、活性位点少，使吸附性能受到很大抑制。基于此，其他特殊形态的材料，如介孔锆/镧双氢氧化物纤维，能在保持高吸附效率的同时，由于其纤维形貌的特征而不团聚，易与水体分离。

专利文件CN105435733A提供了一种大粒径氢氧化锆吸附材料的制备及磷酸根吸附性能测试，得到的材料比表面积为300～700m²/g，孔容0.15～0.30cm³/g，孔径1.5～3.0nm，粒径为5～90μm，对磷酸根离子的吸附容量约63mg/g。该方法制备的氢氧化锆吸附剂为颗粒状，不易回收，在水中易团聚，且吸附容量较低。专利文件CN102350306A提供了一种负载有氢氧化镧的活性炭纤维吸附剂的制备方法，并用于吸附水溶液中的磷酸根离子。该方法选取活性炭纤维为基体，硝酸镧为镧源，沉淀法制备了负载有氢氧化镧的活性炭纤维，得到的吸附剂对磷酸根离子的吸附容量为9.51mg/g。该方法制备的纤维吸附剂回收容易，但吸附容量极低，且氢氧化镧在使用过程中易浸出，不利于重复利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用静电纺丝技术结合高压水蒸气气氛热处理制度制备介孔锆/镧双氢氧化物纤维的方法，并研究了其在净化磷酸盐废水中的应用。该方法以聚乙酰丙酮合锆为锆源，六水合硝酸镧为镧源，非离子表面活性剂P-123为模板剂，在以甲醇、水和浓盐酸组成的混合溶剂中加入适量助纺剂形成纺丝液。通过静电纺丝技术实现溶胶凝胶法制备前驱体纤维，再通过水热釜实现的高压水蒸气气氛热处理制备介孔锆/镧双氢氧化物纤维，所获得的纤维具有良好的纤维形态，比表面积大，可作为净化磷酸盐废水的高效吸附剂。该方法获得的介孔锆/镧双氢氧化物纤维元素分布均匀、长径比大、比表面积高、活性位点多、吸附能力强，对废水中的磷酸根离子具有很高的去除能力。

本发明的技术方案如下：