一種非晶態(tài)鋁氧化物吸附劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非晶態(tài)鋁氧化物吸附劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于無機納米材料
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出。其中，水環(huán)境資源中的有毒有 害微污染物已對人類的生命健康構(gòu)成了嚴重的威脅。水環(huán)境資源中的鉻、鎘、鉛、氟、砷等微 污染物可通過飲用水進入人體并在體內(nèi)積累，造成特殊的地方病，諸如"骨痛病"、"地氟病" 和"地砷病"等，因此，水資源的安全也已成為備受人們關(guān)注的重大民生問題。目前，常用的 水處理方法主要包括化學沉淀法、離子交換法、膜分離法、電化學法和吸附法等。其中，吸附 法因具有去除效率高，成本低，無二次污染等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展具有高吸附容 量的吸附材料用于水中微污染物的去除是一項非常有意義的工作。
[0003] 在目前常用的吸附材料中，以具有微納結(jié)構(gòu)的金屬氧化物吸附材料受到了人們的 廣泛關(guān)注，宄其原因在于：金屬氧化物材料所具有的微納結(jié)構(gòu)一方面使得材料具有較高的 比表面積，為重金屬離子等微污染物的吸附提供了豐富的活性位點；另一方面，為材料提供 了足夠的機械強度，避免材料的磨損和消耗。此外，該種吸附材料對水中的微污染物具有較 快的質(zhì)量傳遞過程，可實現(xiàn)有毒有害污染物質(zhì)的快速吸附。因此，利用具有微納結(jié)構(gòu)且形貌 可控的復合金屬氧化物材料去除水中的微污染物具有十分重要的研宄意義。
[0004] 鋁氧化物是一類重要的去除水中微污染物的吸附材料。迄今為止，科研人員已經(jīng) 制備出了很多具有不同形貌的鋁氧化物，但絕大多數(shù)以結(jié)晶態(tài)形式存在，存在著吸附活性 位點少，比表面積小及孔結(jié)構(gòu)不發(fā)達的問題，從而降低了其對污染物的脫除效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、成本低、綠色環(huán)保、比表面積大、活性位點 多，具有優(yōu)異吸附性能的非晶態(tài)鋁氧化物吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種鋁氧化物吸附劑，所述鋁氧化物以非晶態(tài)形式存在，具有較多的晶體缺陷，提 供了豐富的活性位點，采用BET方法測得其比表面積大于300m 2/g，采用DFT方法測得其平 均孔徑介于I. Inm-L 8nm之間。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁氧化物為微球狀，粒徑介于IOy m-50 μ m之間。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，所述比表面積優(yōu)選介于350_500m2/g之間。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，所述平均孔徑優(yōu)選介于I. 3nm-l. 6nm之間。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁氧化物中的Al是以A104、AlOjP AlO6形式存在的。
[0012] 本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：
[0013] 一種鋁氧化物吸附劑的制備方法，所述鋁氧化物以非晶態(tài)形式存在，具有較多的 晶體缺陷，提供了豐富的活性位點，采用BET方法測得其比表面積大于300m 2/g，采用DFT方 法測得其平均孔徑介于I. Inm-LSnm之間；所述方法包括乙酸輔助的水熱反應(yīng)步驟。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述乙酸為冰醋酸。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述方法具體包括：
[0016] (1)鋁鹽溶解于冰醋酸中，得到混合溶液A ;
[0017] (2)任選地，在步驟（1)的混合溶液A中進一步加入異丙醇，得到混合溶液B ;
[0018] (3)步驟（1)或步驟（2)的混合溶液置于水熱反應(yīng)釜中進行水熱反應(yīng)，得到前驅(qū) 體；
[0019] (4)步驟（3)所得的前驅(qū)體進一步處理得到所述吸附劑。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁鹽可為硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、乙酸鋁或異丙醇鋁。當所述鋁 鹽不是異丙醇鋁時，優(yōu)選包括上述的步驟（2);當所述鋁鹽為異丙醇鋁時，優(yōu)選不包括上述 的步驟（2)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁鹽的濃度為0. 0625-0. 5mmol/L。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，所述冰醋酸的用量可為50_80mL。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（2)中的異丙醇的用量可為0_30mL。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（3)中，水熱反應(yīng)前還包括一個混合溶液的超聲反應(yīng)步驟。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，所述超聲反應(yīng)于超聲振蕩器中進行。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，所述超聲反應(yīng)的溫度為30-80°C，超聲反應(yīng)的時間為30min-2h。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（3)中的水熱反應(yīng)溫度可為80_220°C，水熱反應(yīng)時間可為 l-12h〇
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（3)中，水熱反應(yīng)后，包括一個洗滌和干燥步驟，進而得到 所述前驅(qū)體。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，所述洗滌是用去離子水和無水乙醇反復洗滌3-5次。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，所述干燥溫度可為40-100°C，干燥時間可為4-24h。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（4)中的處理是高溫焙燒。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，所述的焙燒溫度可為250-450°C，焙燒時間可為3-4h。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，所述的焙燒的升溫速率為10_30°C /min。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁氧化物為微球狀，粒徑介于10 μ m-50 μ m之間。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，所述比表面積優(yōu)選介于350_500m2/g之間。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，所述平均孔徑優(yōu)選介于I. 3nm-l. 6nm之間。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，所述鋁氧化物中的Al是以A104、AlOdPAlO6形式存在的。
[0038] 本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：
[0039] 上述鋁氧化物吸附劑的應(yīng)用，其用于水中微污染物的去除。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，所述的微污染物為：無機污染物（如Γ)，有機污染物（如甲基橙） 等。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果：
[0042] 1.本發(fā)明所涉及材料采用乙酸輔助水熱法一步制得，方法新穎，工藝簡單、設(shè)備常 見、可宏量制備。與傳統(tǒng)的尿素輔助水熱法比較，具有反應(yīng)時間短、溫度低，節(jié)省能源、成本 低的優(yōu)點。
[0043] 2.本發(fā)明所用原料價格低廉、環(huán)保無毒，具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
[0044] 3.本發(fā)明所制備材料為非晶態(tài)的鋁氧化物，具有豐富的活性位點，有利于污染物 的吸附脫除。
[0045] 4.本發(fā)明所制備材料具有較大的比表面積、豐富的孔結(jié)構(gòu)，有利于污染物在材料 表面和內(nèi)部的吸附擴散。
[0046] 5.本發(fā)明所制備材料對水中的無機污染物（Γ)和有機污染物（甲基橙）均具有 較好的脫除效果，可實現(xiàn)材料多功能一體化。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明實施例1所制備的吸附材料的掃描電子顯微鏡（SEM)照片。
[0048] 圖2為本發(fā)明實施例1所制備的吸附材料的紅外（FTIR)譜圖
[0049] 圖3為本發(fā)明實施例2所制備的吸附材料的掃描電子顯微鏡（SEM)照片。
[0050] 圖4為本發(fā)明實施例2所制備的吸附材料的XRD圖。
[0051] 圖5為本發(fā)明實施例2所制備的吸附材料的27Al核磁（NMR)圖
[0052] 圖6為本發(fā)明實施例1的吸附材料對Γ的Langmuir等溫吸附曲線。
[0053] 圖7本發(fā)明實施例2的吸附材料對Γ的Langmuir等溫吸附曲線。
[0054] 圖8為本發(fā)明實施例1的吸附材料對甲基橙的吸附前后效果對比圖。
【具體實施方式】
[0055] 如上所述，本發(fā)明公開了一種鋁氧化物吸附劑，所述鋁氧化物為非晶態(tài)形式，這種 形式的鋁氧化物的報道極少，現(xiàn)有技術(shù)中報道的大多數(shù)均是晶態(tài)形式的鋁氧化物且大部分 采用的是尿素鋪助的水熱反應(yīng)法制得的。而本發(fā)明中利用乙酸輔助的水熱反應(yīng)法一步制備 得到所述非晶