[發明專利]氧化鋅微管除砷材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200910248850.2
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN102107903A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 楊煒沂;李琦;高世安;尚建庫
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C02F1/62;C02F101/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于無機非金屬納米材料制備與凈水環境保護技術領域，具體為一種氧化鋅微管除砷材料及其制備方法和應用，特別是由納米顆粒自組裝而成的氧化鋅微管及其制備方法和在除砷中的應用。

背景技術

砷廣泛分布于大氣、水、土壤、巖石和生物體中。在自然水體中，溶解的砷，一般以無機砷酸鹽(AsO₄^3-)、亞砷酸鹽(AsO₃^3-)形式或以甲基化的砷化合物形式存在。目前，在許多國家和地區的地表水中發現了砷污染。在我國的內蒙古、新疆、臺灣等地，飲水中含砷量在部分地區高達0.2～2.0mg/L。

我國生活飲用水標準GB5749-2006規定砷質量濃度不得超過10ppb，美國、歐共體、WHO的生活飲用水砷質量濃度不得超過10ppb，控制水中砷超標，特別是低濃度下含砷水體的凈化，已成為急需解決的問題之一。

吸附法具有效率高、吸附干擾小，吸附劑可再生重復使用，對環境不會或很少產生二次污染等優點。當前國內外吸附法除砷方法中，復合材料與改性材料除砷效率高，處理費用低，具有市場應用前景；活性材料的吸附效果受pH值控制較嚴格，含鐵礦物材料在除砷過程中易導致二次污染，納米材料與其他原子結合后，性質穩定且除砷效率最高，是今后的主要發展方向。納米材料具有一系列新異的物理化學特性和優越于傳統材料的特殊性能，隨著粒徑的減小，表面原子數、表面積、表面能和表面結合能都迅速增大。由于表面原子周圍缺少相鄰的原子，具有不飽和性，易與其它原子相結合而穩定下來，因而納米材料得優勢在于，對許多離子具有很強的吸附能力，并且能有效地處理含砷濃度較低的水體，使含砷污水達到飲用水標準。

納米氧化鋅具有奇特的表面性能，具有高的表面敏感性以及活性，但是基本上沒有氧化鋅除砷應用方面系統研究的文獻資料。所以，研究一種簡單高效的，并能在工業應用的氧化鋅除砷材料，是制備除砷材料的一個重要方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氧化鋅微管除砷材料及其制備方法和應用，這種由納米顆粒自組裝而成的氧化鋅微管除砷材料可以很好的除去水中的砷，特別是水體中含砷濃度較低時，含砷水體的凈化應用，以解決目前水中砷超標的問題，特別是水體含砷濃度較低難以除去的難題。

本發明的技術方案是：

一種氧化鋅微管除砷材料，該除砷材料為由20～30nm的納米顆粒自組裝而成的氧化鋅微管，氧化鋅微管的管徑在2～3μm，長度超過10μm(一般為10～30μm)，納米氧化鋅為六方晶型，具有自組裝的微管結構。

所述氧化鋅微管除砷材料，其比表面積為51.42m²/g，等電點在6.0～6.2，而且其除砷能力較強，飽和吸附量為超過39.4mg/g。

特別地，該氧化鋅微管除砷材料，即使在低的平衡濃度，在砷的平衡濃度低于10μg/L情況下，仍具有很強的砷吸附能力，吸附量能達到～5mg/g。

上述的氧化鋅微管除砷材料的制備方法，將原料：二水乙酸鋅(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)、碳酸銨((NH₄)₂CO₃)、水，在磁力攪拌的作用下滴加混合，形成前驅體(白色沉淀)；然后，將前驅體過濾、洗滌、干燥后，通過煅燒得到自組裝的氧化鋅微管。

所述氧化鋅微管除砷材料的制備方法，具體制備過程如下：

首先，在磁力攪拌的作用下，將1～3克Zn(CH₃COO)₂·2H₂O溶于10ml～30ml水中、3～5g(NH₄)₂CO₃溶于20ml～60ml；然后，滴加混合，充分混合后攪拌0.5h～2h，過濾洗滌后，在60～70℃之間干燥0.5～2天；最后，把得到的前驅體在250℃～350℃進行煅燒1～5h，得到由20～30nm的納米顆粒自組裝而成的氧化鋅微管，得到的納米氧化鋅為六方晶型，具有自組裝的微管結構，微管管徑在2～3μm，長度超過10μm。

所述氧化鋅微管除砷材料的制備方法，原料采用分析純Zn(CH₃COO)₂·2H₂O和(NH₄)₂CO₃、二次去離子水。