[发明专利]一种磁性铈基金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磁性铈基金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用，涉及水体处理材料技术领域。具体包括以下步骤：直接将铈盐、铁盐和有机酸溶解在极性溶剂中作为吸附剂的有效成分，以极性溶剂溶解的均苯三甲酸作为配体，与有效成分混匀静置烘干得到前驱物，热解前驱物即可得到磁性铈基金属氧化物吸附剂。该合成方法简单、安全，反应温度低，生产过程易于控制。另外，吸附剂磁分离回收后，经简单活化即可重新进行吸附作业，进一步降低吸附成本，提高吸附效率。吸附剂多次回收再利用后，对水体污染物的吸附性能无显著影响。

技术领域

本发明属于水体处理材料技术领域，具体涉及一种磁性铈基金属氧化物吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前去除水体中磷的方法主要有生物技术和物理化学技术等，其中吸附方法具有高效率、低成本和可回收的优点受到了广泛的关注。吸附剂材料中有效组分的利用效率决定了吸附剂的使用成本，尽管近年来开发出了多种类型的高效纳米吸附剂，然而有效组分利用率的问题并没有得到解决，导致吸附剂的制备成本过高，大大影响了吸附剂的实际应用。

铈基氧化物是一种高效的磷酸盐吸附剂，其可以通过表面配体交换、沉淀的方式实现对磷酸盐的选择性吸附(Chem.Eng.J.,2020,379:122431.；Environ.Sci.Technol.,2020,54(1):50-66.)。但目前开发的铈基氧化物磷酸盐吸附剂存在Ce原子利用率低的问题，导致其使用成本高。为了解决以上问题，研究人员开发了缺陷位调控(Chem.Eng.J.,2020,394:124912.)，表面官能团修饰(Environ.Sci.Technol.,2020,54(7):4601-4608.)等方案提升铈基氧化物的磷酸盐吸附容量，然而上述方法仅仅是采用还原氛围改变吸附剂表面吸附位点数量，没有从根本上解决Ce原子利用率低的问题。同时，上述纳米吸附剂在吸附之后的分离方面也存在问题。

现有技术中，申请号为201410220313.8的专利公开了一种氧化铈改性Fe₃O₄@SiO₂颗粒吸附去除水体中磷酸盐的方法，该专利简单的将氧化铈负载到Fe₃O₄@SiO₂颗粒之上，仅实现了铈基氧化物的高效分离过程，没有提升铈的原子利用效率。申请号为202010986573.1的专利公开了一种同步脱氮除磷的复合纳米材料、制备方法及应用，该专利只是将氧化铈纳米颗粒负载如多孔聚丙烯酸微球孔道内，没有调控铈的元素利用率，无法降低铈的使用成本。

由此可见，开发出一种用于选择性除磷的高性能吸附剂，使得该吸附剂制备工艺简单、成本低，有效组分的利用率高、能够实现快速分离回收，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性铈基金属氧化物吸附剂的制备方法，直接将铈盐、铁盐和有机酸溶解在极性溶剂中作为吸附剂的有效成分，以极性溶剂溶解的均苯三甲酸作为配体，与有效成分混匀静置得到前驱物，热解前驱物即可得到磁性铈基金属氧化物吸附剂。该合成方法简单、安全，反应温度低，将有效成分直接混匀溶解可减少反应步骤及反应时间，具有快速高效制备吸附剂的有益效果。

为实现上述目的，本发明提供一种磁性铈基金属氧化物吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：

1)称取一定量的铈盐、铁盐和有机酸溶解在极性溶剂中，获得溶液A；

2)将一定量的均苯三甲酸配体溶解在极性溶剂中，获得溶液B；

3)将溶液A在持续搅拌的条件下缓慢加入到溶液B中，调节体系pH，静置，收集沉淀，用极性溶剂洗涤、烘干获得前驱物；

4)在惰性气体保护下热解获得前驱物，即可得到磁性铈基金属氧化物吸附剂。

在一优选的实施方式中，步骤1)、步骤2)和步骤3)中所述极性溶剂包括乙醇和/或水。