[发明专利]活性炭负载纳米Fe‑Al（氢）氧化物颗粒复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体为活性炭负载纳米Fe-Al(氢)氧化物颗粒复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，水体的富营养化问题已经是全球面临的严峻的水污染问题之一。水体富营养化，藻类过量繁殖引起水质恶化、湖泊退化，严重破坏了水体生态环境，威胁水生生物的生存和人类健康。由于磷是藻类增殖的最重要限制因素，因此，控制含磷废水的排放是解决水体富营养化的关键。

目前废水处理工艺中常用的除磷方法主要是生物法、化学沉淀法、离子交换法、膜吸附法等。其中生物和化学沉淀通常不能处理低浓度磷酸盐溶液。而膜技术需要高投资和运营成本。因此吸附技术被证明是更有前途的除磷方法。其优势是操作简单且成本低，能处理低浓度磷酸盐溶液,具有相对较高的选择性和高吸附能力。此外，磷作为一个生物量增长的基本元素,在不久的将来可能会耗尽，因此吸附方法的另一个优点是回收和利用废水中的磷酸盐。

目前大量材料被研究作为除磷吸附剂，包括活性炭、沸石、方解石，膨润土、蒙脱石、蛭石、金属、金属氧化物等。其中，金属(水)氧化物对磷表现出极大的吸附亲和力，特别是铝、钙、铁、锆化合物。最近，对几个多组分的金属吸附剂的吸附行为进行了研究，其理化性质的差异影响吸附性能，如表面积、孔隙度和表面电荷分布等。例如，Fe–Mn氧化物、Fe–Zr氧化物、Fe–Al(水)氧化物和Fe–Al–Mn三元氧化物等继承了各个成分的优势从而有较好的吸附效果。此外，纳米金属/金属氧化物吸附剂等的研究也备受关注，其高吸附性能是因为比表面积较大，反应活性高和无扩散阻力。

众所周知，活性炭是一种传统的吸附剂，能从水相去除的各种有机和无机污染物。它很容易获得且成本低廉。然而，它对磷酸盐的吸附并不显著。活性炭具有很大的比表面积(数百到一千克每平方米)和大孔隙(>50纳米)。如果所选出的多组分金属氧化物可以均匀地负载到活性炭上，形成一个新的吸附剂表面，那么纳米颗粒易聚合的缺点将被克服，纳米颗粒能得到更有效的利用，同时吸附材料的成本也将降低。如果该吸附剂的磷吸附性能好，那么将是一种很有前景的高效磷吸附剂。

发明内容

本发明的发明目的是针对以上问题，提供一种活性炭负载纳米Fe-Al(氢)氧化物颗粒复合材料的制备方法。该复合材料生产成本低，具有较高的吸附量，适用范围广而展现巨大的潜能用于实际生产中。

本发明的另外一个发明目的是提供以上所述复合材料的应用。

本发明的具体技术方案为：

活性炭负载纳米Fe-Al(氢)氧化物颗粒复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将含有Fe³⁺的盐和含有Al³⁺的盐溶于去离子水中制得含Fe³⁺和Al³⁺的混合盐溶液A，混合盐溶液A的摩尔浓度控制在1-2mol/L，Fe³⁺和Al³⁺的摩尔浓度比控制在10:1～5:1；所述含有Fe³⁺的盐为FeCl₃·6H₂O；含有Al³⁺的盐为AlCl₃·6H₂O。

2)用烧杯装去离子水并加热烧沸，将混合盐溶液逐滴加入到烧沸的去离子水中形成溶液B，并控制其pH为5-7.5；

3)将该溶液持续加热至形成棕褐色Fe–Al氢氧化物溶胶C，然后将该溶胶C冷却至室温，倒去上清液后，再将活性炭加入溶胶C中形成溶胶与活性炭的混合物D(活性炭质量g：溶胶液C体积ml＝0.5-2g：200ml，当活性炭比表面积大时，活性炭质量往低取；反之，往高取)；

4)将混合物D，充分超声混匀，并旋转蒸发干至粉末状，然后收集粉末用去离子水反复冲洗充分，最后于烘箱干燥，烘干温度不超过250℃。

以上所述方法制备得到的复合材料用于对水中磷的去除，当水中磷的浓度为80mg/L，本复合材料的添加量为1g/L时，其吸附量为29.3mg/g。材料对磷酸盐的吸附不但只是阴阳离子的静电作用，还有与磷酸根有关的配位作用，使除磷具有一定选择性，不易受溶液中其他阴离子竞争的影响。本发明的积极效果体现在：

(一)、该复合材料的生产成本低，具有较高的吸附量，适用范围广，能被广泛的用于实际生产中。

(二)、利用较为激烈的方法让铁铝盐形成纳米颗粒并高效均匀的负载于活性炭上，其所用材料便宜易得，且环境友好，方法涉及仪器设备简单，操作较方面，结果易控。

附图说明