本發(fā)明屬于新型納米材料技術領域，具體涉及一種新型有機改性多孔納米材料的制備方法及其應用。

背景技術：

近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，對廢水中重金屬污染問題的處理成為一個熱點話題，如：工業(yè)廢水、生活污水都不同程度地含有重金屬，它們直接或間接地影響著人類的健康。目前已開發(fā)的脫除重金屬的材料存在成本高、脫除效果差、再生過程中污染嚴重等問題，因此急需開發(fā)一種成本低廉、環(huán)境友好的高效脫除重金屬的新型材料。

納米羥基磷灰石由于其特殊的晶體結構，具有比表面大、粒度小、制備工藝簡單等特點，成為近年來研究較多的新型的環(huán)保功能材料，其吸附量較小、吸附速率慢的特點又限制其廣泛應用。為了使羥基磷灰石細化、均化、活化，進一步提高其吸附性能、改善其苛刻的吸附條件、擴大應用范圍，人們開始對羥基磷灰石進行改性研究。目前制備羥基磷灰石納米材料的方法很多，如水熱反應法、添加造孔劑法、氣體分解法、浸漬法、微波工藝法和水熱熱壓法等，但這些合成方法無法同時滿足合成產(chǎn)物顆粒均勻、具有良好的球形結構、高純度和高產(chǎn)率等要求。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型有機改性多孔納米材料的制備方法，通過超聲-微乳液-溶膠-凝膠法制備羥基磷灰石納米材料，然后在超聲條件下，通過甘油(丙三醇)對其進行有機改性，制備出高比表面積、粒度均勻、分散性好的新型有機-無機復合吸附材料。

本發(fā)明的目的還在于提供一種新型有機改性多孔納米材料的應用。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種新型有機改性多孔納米材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配置前驅物醇溶液：將Ca(NO₃)₂.4H₂O、H₃PO₄與乙醇按照比例混合均勻形成前驅物醇溶液，所述Ca(NO₃)₂.4H₂O、H₃PO₄與乙醇的質(zhì)量比為3:2:3；

(2)制備羥基磷灰石納米粉體：將表面活性劑、助表面活性劑、油相按照質(zhì)量比為1:2:3混合，超聲攪拌至混合體系澄清透亮；然后在50℃水浴和超聲攪拌條件下，將步驟(1)所述前驅物醇溶液滴加入上述混合體系中得W/O微乳液體系；繼續(xù)超聲攪拌至充分反應，然后滴加氨水調(diào)節(jié)pH值為10.8；再將上述反應產(chǎn)物離心分離得羥基磷灰石納米凝膠，高溫燒結得羥基磷灰石納米粉體；

(3)制備丙三醇改性羥基磷灰石納米粉體：將3g步驟(2)中所述羥基磷灰石納米粉加入到95wt％的250mL丙三醇水溶液，先磁力攪拌1h，然后在探頭式超聲攪拌條件下繼續(xù)反應1.5h，用純水洗滌后先在80℃常壓干燥10h，再在100℃真空干燥3h，得到丙三醇改性羥基磷灰石納米粉體，即新型有機改性多孔納米材料。

步驟(2)中所述表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚，所述助表面活性劑為正戊醇，所述油相為環(huán)己烷。

步驟(2)中所述超聲攪拌采用探頭式超聲設備，所述探頭式超聲設備最大可調(diào)功率為1000W，跟蹤頻率為20-25KHZ。

步驟(2)中所述超聲攪拌工藝參數(shù)包括：設備功率為600W，跟蹤頻率為20KHZ，超聲變幅桿長度為6mm，攪拌時間為20min。

步驟(2)中所述離心分離工藝參數(shù)包括：離心速率為10000rpm，離心時間為10min。

步驟(2)中所述高溫燒結工藝參數(shù)包括：燒結溫度為800℃，燒結時間為2h。

步驟(3)中所述磁力攪拌速率為500r/min，步驟(3)中所述探頭式超聲攪拌條件包括：設備功率為600W，跟蹤頻率為20KHZ，超聲變幅桿長度為6mm。

一種新型有機改性多孔納米材料的應用，用于工業(yè)廢水和農(nóng)村用水重金屬脫除處理。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明采用“超聲-微乳液-溶膠-凝膠法”制備羥基磷灰石納米粉體，該方法具有簡易、快速、節(jié)能和可批量生產(chǎn)等優(yōu)點；

(2)本發(fā)明通過有機高分子基團網(wǎng)絡嫁接技術對納米羥基磷灰石粉體進行改性，制備的新型有機改性多孔納米材料比表面積高、粒度均勻、分散性好、成本低廉、環(huán)境友好，可高效脫除工業(yè)廢水和農(nóng)村用水重金屬，具有良好的應用前景；

(3)采用本發(fā)明制備的新型有機改性多孔納米材料吸附溶液中的銅離子實驗結果表明：當該材料用量從0.05g增加到0.15g，去除率由59％提高到98.16％，提高速度較快；當該材料用量為0.15g時，去除率基本達到平衡，再增加其用量對去除率提高的意義并不大；當該材料用量為0.30g時，去除率達到99.64％，溶液中Cu²⁺殘余濃度降低到0.777mg/L，低于GB8978-1996第二類污染物最高允許排放濃度二級標準(1mg/L)，符合廢水的二級排放標準。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的新型有機改性多孔納米材料SEM圖；

圖2為本發(fā)明制備的新型有機改性多孔納米材料XRD圖；

圖3為本發(fā)明制備的新型有機改性多孔納米材料FTIR圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1新型有機改性多孔納米材料的制備方法

一種新型有機改性多孔納米材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配置前驅物醇溶液：將Ca(NO₃)₂.4H₂O、H₃PO₄與乙醇按照比例混合均勻形成前驅物醇溶液；其中，Ca(NO₃)₂.4H₂O、H₃PO₄與乙醇的質(zhì)量比為3:2:3。

(2)制備羥基磷灰石納米粉體：將表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚、助表面活性劑正戊醇、油相環(huán)己烷按照質(zhì)量比為1:2:3混合，采用最大可調(diào)功率為1000W、跟蹤頻率為20-25KHZ的探頭式超聲設備超聲攪拌至混合體系澄清透亮；然后在50℃水浴和超聲攪拌條件下，將步驟(1)所述前驅物醇溶液滴加入上述混合體系中得W/O微乳液體系；繼續(xù)超聲攪拌至充分反應，然后滴加氨水調(diào)節(jié)pH值為10.8；再將上述反應產(chǎn)物在離心速率為10000rpm的離心分離10min得羥基磷灰石納米凝膠，在800℃下燒結2h得羥基磷灰石納米粉體；其中，超聲攪拌工藝參數(shù)包括：設備功率為600W，跟蹤頻率為20KHZ，超聲變幅桿長度為6mm，攪拌時間為20min。

(3)制備丙三醇改性羥基磷灰石納米粉體：將3g步驟(2)中所述羥基磷灰石納米粉加入到95wt％的250mL丙三醇水溶液，先磁力攪拌1h，然后在探頭式超聲攪拌條件下繼續(xù)反應1.5h，用純水洗滌后先在80℃常壓干燥10h，再在100℃真空干燥3h，得到丙三醇改性羥基磷灰石納米粉體，即新型有機改性多孔納米材料；其中，探頭式超聲攪拌條件包括：設備功率為600W，跟蹤頻率為20KHZ，超聲變幅桿長度為6mm。

實施例2新型有機改性多孔納米材料處理工業(yè)廢水和農(nóng)村用水

結合附圖對實施例1中制備的新型有機改性多孔納米材料進行表征，可以看出該材料比表面積高、粒度均勻、分散性好，用于高效工業(yè)廢水和農(nóng)村用水重金屬脫除處理，符合國家廢水排放標準和農(nóng)村用水水質(zhì)檢測標準要求。

效果實施例1新型有機改性多孔納米材料吸附銅離子溶液實驗

將實施例1中制備的新型有機改性多孔納米材料吸附溶液中的銅離子實驗，當該材料用量從0.05g增加到0.15g，去除率由59％提高到98.16％，提高速度較快；當該材料用量為0.15g時，去除率基本達到平衡，再增加其用量對去除率提高的意義并不大；當該材料用量為0.30g時，去除率達到99.64％。

結合附圖說明和效果實施例1，采用實施例1中制備的新型有機改性多孔納米材料吸附溶液中的銅離子實驗結果表明：溶液中Cu²+殘余濃度降低到0.777mg/L，低于GB8978-1996第二類污染物最高允許排放濃度二級標準(1mg/L)，符合廢水的二級排放標準。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。