[发明专利]一种钨基氧化物/碳基纳米复合水溶胶的制备及其在废水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种W₁₈O₄₉/碳基纳米复合水溶胶的制备方法及其在处理废水中的应用，属于新材料制备和水处理应用领域。本发明先分别采用强酸氧化发合成羧基化碳纳米管，通过还原煅烧机械化学法制备的水合三氧化钨前驱体制备纳米W₁₈O₄₉，配制氧化石墨烯水溶胶，按照设定的质量比，通过搅拌和超声分散，制备了W₁₈O₄₉/GO/CNTs‑COOH复合水溶胶。W₁₈O₄₉/碳基复合水溶胶在处理废水的过程中，不仅可以高效吸附回收废水中的稀土离子和重金属离子，而且太阳光辐照下还可以光催化降解废水中残留的部分有机物，是一种处理无机和有机废水的超强吸附剂和全谱光催化剂。

技术领域

本发明属于新材料制备和水处理技术的领域，涉及工业废水中稀土离子、重金属离子的回收利用及有机物的降解处理。

背景技术

随着全球工业化的发展，工业废水的处理成为了经济发展和环境保护间平衡的关键点。特别是稀土矿区产生的废水，此类废水成分复杂，包括稀土离子、重金属离子、有机物，如浮选剂、萃取剂、有机染料等，且处理难度大。稀土离子若不加以回收处理，不仅浪费战略资源，还会造成环境污染。尤其重金属离子对人体健康威胁较大，一旦在人体内形成富集，将造成器官等发生不可逆病变。此外，有机物的存在会造成严重的水体污染，破坏江河湖泊生态环境。因此，工业废水的有效处理是当前资源回收与水处理行业面临的极其重要且刻不容缓的课题。

低浓度稀土工业废水回收稀土资源目前主要有化学沉淀法、萃取法、离子交换法、膜分离法及吸附法等。但均存在回收不彻底，成本较高或易二次污染等问题而得不到广泛的应用。氧化石墨烯(GO)基面周边分布有大量可离子化的羧基和碳基以及巨大的负表面电位，是吸附分离水中阳离子的材料最佳选择之一。GO经氧化作用，比表面积大，活性位点增多，吸附活性增强。特别是GO可以用价格低廉的天然处理鳞片石墨为原料，使其更具成本优势，成为最有规模化实际应用前景的高性能处理稀土离子、重金属离子污染的吸附剂。根据学者的研究，将1D CNTs引入2DGO水溶胶通过超声处理制备出3D的CNTs/GO复合水溶胶直接装入透析袋中作为吸附单元去除水中金属离子，碳纳米管的加入减弱了氧化石墨烯片层间的叠合，暴露出更多的活性位点，从而吸附容量有所增加。但其只能针对工业废水中的稀土离子和重金属离子进行吸附处理，存在单一成分处理的限制。由文献报道光催化氧化降解处理工业废水受到广泛关注，常见的光催化剂TiO₂禁带宽度较窄，不能充分利用太阳能，限制了其应用。禁带宽度较小的非化学计量Magneli相W₁₈O₄₉受到广泛关注，WO₃中部分钨被还原成+5和+6混合价态的多种钨氧化物异构体(W₁₈O₄₉，W₅O₁₄，W₂₄O₆₈，W₂₀O₅₈)，此类化合物具有独特的物化性能，在光催化降解有机物领域具有良好的应用前景。

发明内容