[发明专利]一种纳米吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体地说是一种纳米吸附材料及其制备方法。

背景技术

纳米材料是近几年崛起并迅速发展起来的新科技。其在精细陶瓷、医学、能源、环境等领域中应用。由于纳米材料具有较大的化学活性和表面能，很容易与外来的原子结合，形成稳定的结构，因此经常用来做吸附剂。

传统纳米吸附材料以天然矿物硅藻土为基体，利用硅藻土本身的多孔结构，将其表面沸石化，制得具有多级孔结构的硅藻土沸石复合材料。该材料对VOCs具有一定的吸附能力，如对苯吸附量为46mg/g，但是该材料制备周期较长，水热反应过程能耗高，另外气固相转晶过程需使用乙二胺等有毒有机试剂，具有潜在环境危害性。还有现有技术利用工业废物粉煤灰的多孔性、比表面积大、表面能高的特点进行资源化利用，制备出具有多级孔结构的粉煤灰沸石复合材料。虽然制备工艺相对简单，但仍需进行水热反应，能耗高。另外，上述两种材料均为粉体，在VOCs吸附过程中易受气流扰动；而且粉体材料不易回收处理。

与粉末材料相比，块体成型材料不易受气流影响，抗弯曲和抗折性强，尤其是陶瓷材料，热稳定性好，能够直接成型应用。工业上一般将陶瓷做成多孔结构载体，可大大增加吸附剂与吸附质的接触面积，提高吸附效率；同时传质可以有效地扩展到三维空间，材料性能得以提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中制备和使用VOCs吸附剂存在的吸附剂孔结构单一，反应过程能耗高，易受气流扰动等缺点，提供一种纳米吸附材料及其制备方法。该方法的主要优势在于，利用氧化石墨烯的大孔结构，采用氧化锌、氧化钛、镁铝双氢氧化物复合材料得到纳米吸附材料。该材料对重金属具有高效吸附力。该制备方法具有工艺简单，条件温和，能耗低，潜在环境危害较低等优势。

为实现上述目的，本发明所述一种纳米吸附材料，所述纳米材料为氧化锌/氧化钛/石墨烯/镁铝双氢氧化物复合材料，其中各元素摩尔比为 Zn：Ti：C：Mg：Al＝(0.18～0.25)：(0.12～0.17)：(0.17～0.74)：(0.37～0.82)：(0.17～0.44)。

所述各元素摩尔比为 Zn：Ti：C：Mg：Al＝0.25：0.12：0.70：0.60：0.30。所述ZnO颗粒粒径为5-10nm，TiO、TiO₂颗粒粒径为5-15nm，镁铝双氢氧化物粒径为0.5μm-1.5μm。

本发明所述一种纳米吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

a)溶液法合成氧化锌/氧化钛/石墨烯复合物：在N₂气保护下将ZnO和TiO、TiO₂加入到氧化石墨烯溶液中，将pH调至9-11，然后加入水合肼溶液还原；

b)水热法合成氧化锌/氧化钛/石墨烯/镁铝双氢氧化物复合材料：将制得的氧化锌/氧化钛/石墨烯复合物悬浊液与六水合氯化镁、六水合氯化铝和六亚甲基四胺的水溶液混合，放入水热釜中进行水热反应。

所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.4-1.7mg/mL。

所述水合肼溶液的质量百分比浓度为20-40%，加入量为15-25mL/1g氧化石墨烯。

所述加入水合肼溶液还原的反应温度为 80-100℃。

所述六水合氯化镁的水溶液浓度为0.05-0.33mmol/mL。

所述放入水热釜中进行水热反应的温度为 80-120℃，反应时间为10-14h。

本发明所述一种纳米吸附材料及其制备方法，其有益效果在于：本发明克服了粉体沸石复合材料易受气流扰动，稳定性差等缺点，该氧化石墨烯材料热稳定性高，比表面积和总孔体积大，对重金属具有较高的吸附量；本发明克服载体孔结构单一的缺点，充分利用石墨烯氧化后得到氧化石墨烯的大孔结构；本发明以氧化锌、氧化钛、石墨烯、镁铝双氢氧化物为原料，制备出大孔纳米吸附材料。该大孔纳米吸附材料热稳定性较高，比表面积和总孔体积大。同时本发明提供的纳米吸附材料的制备方法具有工艺简单，条件温和，污染低，能耗低的特点，工业应用前景广阔。

具体实施方式

实施例1

本发明所述一种纳米吸附材料，所述纳米材料为氧化锌/氧化钛/石墨烯/镁铝双氢氧化物复合材料，其中各元素摩尔比为 Zn：Ti：C：Mg：Al＝0.25：0.12：0.70：0.60：0.30；所述ZnO颗粒粒径为5nm，TiO、TiO₂颗粒粒径为5nm，镁铝双氢氧化物粒径为0.5μm。