專利名稱：一種表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒材料，尤其涉及一種表面負載高活
性鋁氧化物的類蜂窩狀泡沫沸石顆粒材料，及其制備方法。
背景技術：
水資源問題是21世紀的重大資源環(huán)境問題。目前，水污染日趨嚴重，飲用水中的有害物質明顯增加([l]孫登學.小議我國居民飲用水污染問題及基本解決途徑.民營科技，200S，6 :113-115.)。全世界約80%的疾病與飲用被污染的水有關，全世界兒童死亡原因中約50%是由于飲用水被污染造成([2]趙瑞芹.調查顯示80%疾病由飲用水污染導致.糖尿病新世界，2007，12 :100.)。根據世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，目前全球還有超過10億人口用不上潔凈水，中國農村有3億多人飲水不安全([3]肖曉笛，韋朝海，李寒娥.陶瓷球吸附污水中低含量氨氮性能研究.水處理技術，2009，35(11) :37-40.)。特別值得提出的是，由于地質等問題，很多農村邊遠地區(qū)的飲用水中含有超標的砷和氟等成分，給當地居民的身體健康帶來了很大危害，不少人由此而患上疾病?？梢?，飲用水的安全問題也是我國面臨的一個突出環(huán)境問題，它直接關系到廣大人民群眾的生命和健康。 天然沸石是鋁硅酸鹽礦物，在自然界的含量比較豐富，成本比較低廉，具有吸附性、催化性、耐酸性、熱穩(wěn)定性以及生物活性和抗毒性等性能([4]張學斌，劉麗華，胡曉翠，劉杏芹，孟廣耀.天然沸石多孔陶瓷的燒結動力學.硅酸鹽學報，2006，34(2) :187-191;[5]Sasaki Y， Shimizu W， Suzuki T， Kubo Y. TEMstudy of zeolite formed in porousA1203. Electron Microscopy, 1998， 2 :463-464.)。它可以吸附鎘、銫、鉛等重金屬離子，可用來凈化廢氣和污水。以天然沸石為原料制備出多孔的泡沫沸石顆粒材料，可以大大強化其表面作用，從而提高其在吸附、催化等利用表面作用方面的性能，獲得更好的使用效果。將多孔泡沫沸石顆粒材料進行改性或用作活性物質的載體，獲得改性泡沫沸石或表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒材料，則可使系統(tǒng)的功能得到進一步的優(yōu)化，也可以有選擇性地使系統(tǒng)的功能得到進一步的針對化。例如，改性后可以吸附水中的氟、除水中的氨氮等有害物質([6]韓麗莉，武海霞，韓相奎，邊德軍.農村含氟地下飲用水處理.民營科技，2009，3:95;[7]李愛陽.改性斜發(fā)沸石對微污染飲用水的處理研究.化工時刊，2004,18(5) :49-53.)，負載二氧化鈦光催化膜后可實現水中各種有機物的降解凈化([8]Diebold U.Thesurface science of titanium dioxide. Surf Sci Rep， 2003， 48(1):223-229 ;[9]Liping Yang， Zhenyan Liu， Jianwei Shi， Hai Hu， Wen feng， Shang guan.Design consideration of photocatalytic oxidation reactorsusing Ti02_coated foamnickels for degrading indoor gaseous formaldehyde. Catalysis Today,2007，126 :359-368 ; [10]周茂奇，劉培生，劉安東.多孔載體負載光催化系統(tǒng).2006年材料科學與工程新進展，北京化學工業(yè)出版社，2007 :564-571.)，而在表面負載活性氧化鋁后，則非常適用于對水中毒性物質砷和氟的吸附凈化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒材料及其制備方法。其中泡沫沸石顆粒的制備方法采用簡單的混料燒結工藝，活性物質的負載方法采用溶膠涂覆燒結工藝。 本發(fā)明采用的泡沫沸石顆粒材料，其外部呈類似蜂窩狀的形貌(參見圖1 圖2)，其特征在于選用天然沸石為原料、有機聚合物球形顆粒為造孔劑、水為黏結劑，通過天然沸石粉末和有機聚合物球形顆粒的加水混合造粒干燥，在空氣環(huán)境下熱燒解有機物并實現沸石粉末燒結，最后形成類蜂窩狀結構的類球形多孔體顆粒。 本發(fā)明采用的活性物質負載方法，為溶膠涂覆燒結法，其特征在于所負載的活性物質為高活性鋁氧化物，由氧化鋁溶膠涂覆泡沫沸石顆粒后燒結而成，其中氧化鋁溶膠由擬薄水鋁石和水加入少量濃硝酸配制而成，燒結溫度在350 58(TC之間，保溫時間為2 4h，然后隨爐冷卻。最后在原無負載物的泡沫沸石顆粒表面(參見圖3)附著了一層類球形的高活性鋁氧化物納米粒子(參見圖4)。 本發(fā)明制備的表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒材料主要目標是用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附，其制備方法操作方便，設備簡單。


圖1本發(fā)明所用泡沫沸石顆粒的宏觀光學照片，顯示了多孔結構的類蜂窩形態(tài)。
圖2本發(fā)明所用泡沫沸石顆粒的表面掃描電子顯微照片，顯示了顆粒表面相對平坦的外部形貌。 圖3本發(fā)明負載活性物質的泡沫沸石顆粒表面形貌，顯示了泡沫沸石顆粒表面負載的高活性鋁氧化物納米粒子。
具體實施例方式
實施例先按固液比lg : 15ml將擬薄水鋁石(固)溶解在去離子水(液)中，并在磁力攪拌器下劇烈攪拌，量取少量濃硝酸(作為膠溶劑)緩慢滴加進去，攪拌30min后形成氧化鋁溶膠待用。將泡沫沸石顆粒放在去離子水中用超聲波清洗10min，除去泡沫沸石顆粒表面黏附的其他雜質小顆粒和結合不牢的沸石小顆粒。將經過超聲處理的泡沫沸石顆粒烘干后放入上述氧化鋁溶膠中，震動狀態(tài)下浸泡30min，取出后置于勻膠機中甩膠，甩膠作用是使吸附在泡沫沸石顆粒表面的氧化鋁溶膠分布得更加均勻。甩膠處理后陳化24h，陳化的主要目的是使負載在泡沫沸石顆粒表面的氧化鋁溶膠能夠均勻地滲透在基體的微孔內。然后將經過陳化的樣品放置在鼓風烘箱中于ll(TC烘干2h，使樣品表面的自由水分得以完全蒸發(fā)。最后將烘干的樣品放置在箱式電阻爐中，以1. 5°C /min的升溫速度將溫度提高到40(TC，保溫3h后自然冷卻。燒結過程中吸附在泡沫沸石顆粒表面的氧化鋁溶膠逐漸脫去結合水，從而形成活性氧化鋁，在40(TC下形核結晶，成功地負載于泡沫沸石顆粒表面。所得產品的多孔體系在水中毒性物質砷的吸附實驗中獲得了良好的效果。
權利要求
一種表面負載活性物質的泡沫沸石顆粒材料，其特征在于該產品為表面負載高活性鋁氧化物的類蜂窩狀球形顆粒，顆粒大小為5～20mm；負載于泡沫沸石顆粒表面的活性鋁氧化物的主要成分為γ-氧化鋁，其外觀形貌呈大量的類球形粒子，粒子尺度在100nm左右，這種納米級的粒子具有很強的表面作用。
2. 權利要求1所述的表面負載活性物質的類蜂窩狀泡沫沸石顆粒材料用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附。
3. 權利要求1所述的類蜂窩狀泡沫沸石球形顆粒通過以天然沸石粉末與有機聚合物球形顆粒加水球磨混合造粒后干燥燒結而成，所述高活性鋁氧化物納米粒子的負載方法是由氧化鋁溶膠涂覆泡沫沸石顆粒后燒結，其中氧化鋁溶膠由擬薄水鋁石和水加入少量濃硝酸配制而成，燒結溫度在350 58(TC之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面負載活性物質的類蜂窩狀泡沫沸石顆粒材料，其中負載的活性物質是具有良好吸附作用的高活性鋁氧化物，主要成分為γ-氧化鋁。這種負載于泡沫沸石顆粒表面的活性物質呈大量類球形粒子的外觀形貌，粒子尺度在100nm左右，這種納米級的粒子具有很強的表面作用。該泡沫沸石顆粒是通過以天然沸石粉末與有機聚合物球形顆粒加水球磨混合造粒后干燥燒結而成，該高活性鋁氧化物納米粒子的負載方法是由氧化鋁溶膠涂覆泡沫沸石顆粒后燒結，其中氧化鋁溶膠由擬薄水鋁石和水加入少量濃硝酸配制而成，燒結溫度在350～580℃之間。該產品適用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附。
文檔編號B01J20/16GK101700487SQ20091025966
公開日2010年5月5日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權日2009年12月22日
發(fā)明者丁愛中, 劉培生, 崔光, 羅軍 申請人:北京師范大學