[发明专利]一种掺杂二氧化钛的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂二氧化钛的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用，属于水处理及再生应用技术领域。

背景技术

砷是致癌、致突变因子，饮用水中过量砷可导致慢性中毒。我国最新的《农村饮用水卫生标准GB5749-2006》修订稿中砷的最大限制为0.01mg/L，但在《生活饮用水卫生标准GB5749-85》中对农村小型集中式供水和分散式供水部分仍沿用了以往0.05mg/L的规定。

目前，除砷方法：吸附法、混凝法、直接沉淀法、离子交换法、萃取法、反渗透法、生物法等。吸附法具有高效、经济、方便易行等优点，运用最为广泛，常用的吸附剂主要为零价铁、活性氧化铝和活性炭等，这些吸附剂吸附容量低或者吸附剂溶出、不易于分离，仅对As（Ⅴ）有较好去除效果，而对As（Ⅲ）去除效果较差。

近些年来的研究表明，许多难去除的污染物，在光催化氧化作用下，都能得到明显的去除。纳米二氧化钛粉体已被证实是一种高效、无毒、稳定的光催化材料，无论是在溶液中还是气相反应中都具有良好的光催化活性，研究表明，在光照下，二氧化钛纳米颗粒能将As（Ⅲ）氧化成As（Ⅴ），从而实现As（Ⅲ）的高效去除。但是由于粉末状的纳米二氧化钛颗粒细微，在水溶液中分散后，很难实现催化剂的回收和再利用，给实际应用带来了相当的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂二氧化钛的复合磁纳米吸附剂及其制备方法、应用，本发明将纳米颗粒二氧化钛掺杂在γ-Fe₂O₃磁性纳米颗粒里面，使之形成复合材料，光照作用下实现对As（Ⅲ）等污染物的高效去除，在外磁场作用下，吸附了污染物的吸附剂可以从水中分离出来，重复利用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺杂二氧化钛的复合磁纳米吸附剂，所述吸附剂包括以下原料：铁盐、亚铁盐、钛盐，其中，所述铁盐、亚铁盐、钛盐三者物质的量比为2：（1～10）：（0.01～0.6）。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种；

进一步，所述亚铁盐包括氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的任意一种；

进一步，所述钛盐包括氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛中的任意一种；

进一步，所述吸附剂的粒径为20～40nm，比表面积为130～150m²/g；

本发明还提供了一种掺杂二氧化钛的复合磁纳米吸附剂的制备方法，技术方案如下：

1）按物质的量2：（1～10）：（0.01～0.6）的比例取铁盐、亚铁盐、钛盐，加入去离子水溶解，边搅拌边加入碱液，调节pH，使溶液中有黑色颗粒产生，加入去离子水，使铁盐总浓度（包括铁盐和亚铁盐）在0.05～5mol/L，得到混合液;

2）将1）得到的混合液放在水浴中，搅拌，陈化，然后用磁铁将黑色颗粒从混合液中分离出来，用去离子水冲洗黑色颗粒，并用滤纸过滤，直至检测不出Cl^-离子;

3）将2）得到的黑色颗粒干燥，然后研磨成粉末，粉末先在纯氮气条件下焙烧，然后再在有氧条件下焙烧，即得。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤1）中所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述亚铁盐包括氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述钛盐包括氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾中的任意一种；

进一步，步骤1）中所述调节PH值为6～11；

进一步，步骤2）中所述水浴温度为25～75℃，搅拌时间为0.5～3h；

进一步，步骤2）中所述陈化温度为25～70℃，陈化时间为0～2.5h；

进一步，步骤3）中所述干燥温度为20～100℃，干燥时间为4～48h；

进一步，步骤3）中所述纯氮气条件下焙烧的温度为200～400℃，焙烧时间为0～2h，所述有氧条件下焙烧的温度为200～300℃，焙烧时间为0～2h；