一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法，屬于環(huán)境科學與技術領域。
技術背景
[0002]地下水砷氟共存在世界范圍內廣泛存在，是國際環(huán)境研究的熱點與難點。截至2014年，我國約有8600萬人處于高氟區(qū)，289萬農村人口飲用高砷水，而且砷氟復合污染現(xiàn)象突出，高濃度砷氟水共存和砷氟聯(lián)合中毒的現(xiàn)象在我國新疆、山西、內蒙古、貴州等地區(qū)均有報道。長期飲用高砷氟水(砷>10yg/L，氟>1.5mg/L)可導致氟斑牙、骨變形及多種內臟器官癌變等，如何有效去除地下水中的砷氟成為環(huán)境領域亟待解決的關鍵問題。
[0003]吸附過濾是當前處理地下水砷氟污染的主流技術。常用吸附材料包括活性炭、氧化鐵、氧化鋁以及二氧化鈦等。目前鐵基吸附材料被廣泛應用于地下水砷污染的去除，但其對氟的去除率卻很低。近期研究表明鐵會增加砷的協(xié)同毒性，作為氧化還原活潑的元素，鐵基吸附材料會在厭氧環(huán)境下溶解釋放砷，造成地下水砷的二次污染威脅，因此需慎重考慮鐵基吸附劑的使用。雖然活性炭和氧化鋁對砷氟都有一定的吸附作用，但吸附容量難以滿足實際需求。這是由于天然地下水PH多成弱堿性，在此條件下，以As(III)為主要存在形態(tài)的砷可以被多數(shù)材料有效吸附去除，但吸附材料除氟的適宜PH范圍通常在5?6，因此天然水體砷氟共除具有一定難度。
[0004]為了克服現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明將二氧化鈦和鑭氧化物以定向生長的方式特異性結合得到載鑭二氧化鈦復合材料。二氧化鈦表面具有高密度羥基活性位點，對砷有專屬吸附，而具有稀土元素的鑭氧化物是較理想的除氟吸附劑。該復合材料中鑭氧化物以刺狀生長在二氧化鈦表面，增加了復合材料的結構穩(wěn)定性。同時，鑭的負載不會占據(jù)二氧化鈦本身的鈦吸附位點，這種協(xié)同作用為砷氟共去除提供了有效吸附位點。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本申請的發(fā)明人進行了反復的深入研究，從而完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種有效去除水中砷氟的載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料，其特征在于，鑭氧化物以定向生長的方式特異性結合在二氧化鈦表面，形成刺狀結構。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料的制備方法，其合成方法包括:以{100}晶面為主的梭形二氧化鈦為載體，使用硝酸鑭溶液浸漬的方法，通過超聲與燒結過程，得到載鑭二氧化鈦顆粒。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，以硫酸氧鈦為原料，在冰水浴4°C下用5mol/L氫氧化鈉水解，得到以{101}晶面為主的二氧化鈦。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，以{100}晶面為主的梭形二氧化鈦其合成方法為:將所得{101}晶面二氧化鈦用10mol/L氫氧化鈉在120°C下水熱處理24h，沖洗至pH低于10.5，加入去離子水在200°(:下水熱反應2411后，60°(:下烘干。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附材料鑭負載方法為:將{100}晶面梭形二氧化鈦浸漬于0.5mL lmol/L的硝酸鑭溶液中，溶液pH為6.0，超聲4小時至凝固。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附材料燒結溫度為400°C，燒結時間為4小時。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附材料研磨過篩，得到不同粒徑的顆粒吸附劑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附材料使用去離子水沖洗至電導率低于10yS/ m 后，60 °C 下烘干。
[0014]本發(fā)明制備的載鑭二氧化鈦顆粒含鑭26.4%，成本低廉，可直接應用于水中砷氟的去除，其吸附容量較大，適用pH范圍廣。
【附圖說明】
[0015]附圖1是合成的{100}晶面梭形二氧化鈦，載鑭二氧化鈦材料的XRD表征結果。結果表明，二氧化鈦(T12)材料為銳鈦礦正方晶系(JCPDS:65-5714),鑭氧化物為單斜晶系LaCO3OH(JCPDS:49-0981)。
[0016]附圖2是二氧化鈦(a-c)，載鑭二氧化鈦(d-f)材料的SEM，TEM表征結果。從圖中可以看出，鑭氧化物定向生長在二氧化鈦表面。
[0017]附圖3是載鑭二氧化鈦材料(T12-LaCO3OH)的X射線能譜掃描圖。從圖中可以看出，載鑭二氧化鈦材料含鑭26.4%。
[0018]附圖4是載鑭二氧化鈦材料的X射線光電子能譜。從圖中可以看出，載鑭二氧化鈦材料中含有元素鈦、鑭、氧、碳，與X射線能譜的結果一致，進一步說明了刺狀微/納米結構的組成物質是堿式碳酸類鑭氧化物。
[0019]附圖5載鑭二氧化鈦材料的氮氣吸附脫附曲線圖。從圖中可以看出，載鑭二氧化鈦材料比表面積為23.7m2/g。
[0020]附圖6是本發(fā)明制備的載鑭二氧化鈦對水中砷氟的吸附容量。從圖中可以看出，載鑭二氧化鈦材料對砷的吸附容量為113.8mg/g，對氟的吸附容量為78.4mg/g。
[0021]附圖7為本發(fā)明制備的載鑭二氧化鈦在不同pH下對水中砷氟的去除效果。從圖中可以看出，載鑭二氧化鈦在較廣的pH范圍(3-9)內均能有效地去除水中的砷氟。
[0022]發(fā)明實施例
[0023]下面進一步通過實施例來闡述本發(fā)明。
[0024]實施例1二氧化鈦材料制備:以硫酸氧鈦為原料，將30g硫酸氧鈦加入到200mL去離子水中，在冰水浴4 0C下逐滴加入5mo I/L氫氧化鈉進行水解，過程中測溶液pH，當pH達到6時停止加入氫氧化鈉，所得二氧化鈦漿液用去離子水沖洗至電導率低于100yS/m后，60 °C下烘干，得到以{101}晶面為主的二氧化鈦。稱取2g{ 101}面二氧化鈦，加入80mL10mol/L氫氧化鈉至10mL聚四氟乙烯反應釜中，120°C下水熱反應24h，離心得到白色固體。用去離子水將得到的白色固體沖洗至pH低于10.5，加入80mL去離子水在200 °C下水熱反應24h，離心并將得到的固體在60°C下烘干，產物即為以{100}晶面為主的梭形二氧化鈦。
[0025]實施例2載鑭二氧化鈦材料制備:以實施例1中得到的{100}晶面梭形二氧化鈦為載體，將150mg二氧化鈦浸漬于0.5mL lmol/L的硝酸鑭溶液中，溶液pH用氨水調至6.0，超聲4小時直至凝固，超聲過程中攪拌。將所得凝固狀物質在馬弗爐中以400°C燒結4小時，得到固體顆粒，將固體顆粒研磨過篩得到不同粒徑的吸附材料。將該吸附材料用去離子水沖洗至電導率低于lOOyS/m后，60°C下烘干，即為載鑭二氧化鈦材料。
[0026]實施例3載鑭二氧化鈦對砷氟的吸附性能:準確稱取80mg載鑭二氧化鈦，加入40mL含25mg/L砷氟濃度的溶液，背景液為0.04mol/L氯化鈉。混勻，放入搖床中進行平衡吸附實驗。pH調至所需值。吸附平衡后將吸附液過0.45μηι濾頭。使用原子吸收光譜AAS 800測量水中砷的濃度，使用電極法測定水中氟的濃度。
【主權項】
1.一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法，其包括以下步驟: (1)以硫酸氧鈦為原料，在冰水浴4°C下用5mol/L氫氧化鈉水解，得到以{101}晶面為主的二氧化鈦； (2)將步驟(I)中所得{101}晶面二氧化鈦用10mol/L氫氧化鈉在120°C下水熱處理24h，沖洗至pH低于10.5，加入去離子水在200 °C下水熱反應24h，使用去離子水沖洗至電導率低于lOOyS/m后，60°C下烘干，得到以{100}晶面為主的梭形二氧化鈦； (3)將步驟(2)中所得{100}晶面梭形二氧化鈦浸漬于0.5mL lmol/L的硝酸鑭溶液中，溶液PH為6.0，超聲4小時至凝固，燒結后得到載鑭二氧化鈦顆粒； (4)將步驟(3)載鑭二氧化鈦顆粒研磨過篩，得到不同粒徑的顆粒吸附劑。2.如權利要求1所述的一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法，步驟(3)燒結溫度為4000C，燒結時間為4小時。3.如權利要求1所述的一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法，該吸附材料粒徑為380-830微米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種載鑭二氧化鈦砷氟共除吸附材料及其制備方法，屬于環(huán)境科學與技術領域。該方法以納米級{100}晶面為主的梭形二氧化鈦為載體，利用晶面定向生長的方式使載鑭氧化物與二氧化鈦特異性結合。合成過程中使用硝酸鑭溶液對二氧化鈦進行浸漬，經過超聲和燒結步驟完成鑭氧化物對二氧化鈦的負載，最后得到載鑭二氧化鈦復合材料。通過一系列實驗證明本發(fā)明制備的載鑭二氧化鈦對砷氟具有很高的吸附容量與較廣的pH適用范圍，可有效去除水中共存的砷氟。
【IPC分類】C02F1/28, B01J20/32, B01J20/06
【公開號】CN105664839
【申請?zhí)枴緾N201610191463
【發(fā)明人】景傳勇, 閻莉
【申請人】中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月30日