[發明專利]在液體基質中的污染物的去除中使用的材料

有效

• 申請號: 201380056122.6
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104854034B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·布蘭科·蒂拉多;馬里安尼·亞加拉·孔巴里薩·蒙塔內斯;瑪莎·利利亞娜·查康·帕蒂諾
• 申請（專利權）人: 桑坦德工業大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;C01G1/02;C08B15/00;C08H8/00;B01D39/02;B01J8/16;B82Y30/00;B82Y40/00;A62D3/38;A62D101/47;C02F1/72
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司11278
• 代理人: 楊帆

1.技術領域

本發明涉及一種可用于處理不同的液體基質以去除頑固污染物的材料。本發明可以歸類到屬于具有環境中存在的主要污染物的水處理的領域。

2.背景技術

來自紡織工業的染料是主要的水污染源之一。這些物質減少了光的吸收，干擾水生植物光合作用，因此對水源的氧含量、逐步富營養化以及這些物質的生物體內累積有直接影響(AL-南克伯·C，等，2009(Al-Nakib.C.,et al.2009))。日常紡織工業將大量染料污水處理到河流中(森·S.，等，2003(Sen S.,et al,2003))。據估計，40到50％之間的初始染料濃度進入廢水中(巴特納加爾·A，等，2005(Bhatnagar,A.,et al.2005))。因此，創新以便獲得用于染料污水的處理的新的替代選擇是必要的。

有幾種技術來處理染料污染的廢水，其中，紫外線活化H₂O₂氧化活化(馬如噶安達漢姆·M，等，2004(Muruganandham,M.,et al.2004))，利用芬頓試劑的高級氧化過程(阿爾斯蘭·D，等，2000(Arslan,D.,et al.2000))，電化學絮凝(楊，C，等，2005(Yang,C.,et al.2005))，通過瓜環(由甘脲和甲醛形成的環狀聚合物)的吸附(羅賓遜·T，等，2001(Robinson,T.,et al.2001))和生物處理(使用細菌或真菌)(安，H，等，1996(An,H.,et al.1996))是相關的。這些用于去除廢水顏色的技術是昂貴的，并且通過將那些污染物從液相轉變到固相會產生二次污染物(巴特斯撤·E，等，2004(Burtscher,E.,et al.2004))。因此，促進開發價格低廉且不產生短期或長期二次污染物的廢水處理技術是必要的。

最近，納米結構的錳氧化物引起了關注，因為這些材料在一些工業生產過程中有前景的應用；例如，作為蓄電池系統中的主要組件和作為廣泛的工業過程的催化劑。MnO₂是錳氧化物中最重要的，其具有超過14種同質異像體(polymorph)并且考慮到其具有類似于堿性、堿土金屬陽離子以及重金屬陽離子的尺寸的空腔和隧道的內部結構被廣泛地使用。因此，MnO₂代表一種用于潛在應用例如分子篩和水軟化系統的有前景的材料(斯滔布·E，等，1999(Stobbe,E.,et al.1999))。

有一些文摘和公開內容描述了溶液中MnO₂納米粒子的合成與表征。最常見的步驟包含用適當的還原劑進行Mn(VII)鹽的還原(斯滔布·E，等，1999)。錳(VII)在表面活性劑的存在下聲化學水相還原也用于在溶液中合成MnO₂納米粒子。公開內容示出了使用超聲法獲得的MnO₂納米粒子在尺寸和形狀上更均勻。另外，據報道，長時間暴露于超聲波中允許Mn(IV)還原成Mn²⁺離子(斯滔布·E，等，1999)。

觀察到的溶液中的納米粒子有趣的性質表明，這些材料如果在固相中合成，固定在載體上，可以在應用中具有更多的功能性。因此，避免了用有機單分子層的納米粒子“保護”處理，最終防止材料的表面的使用。已經報道了考慮使用硝酸錳作為前驅體在介孔二氧化硅通道(SBA-15)內的一步合成二氧化錳納米晶的合成方法。在SBA-15中形成MnO₂納米晶是通過微波消解來進行的，導致40％的介孔載體體積被金屬氧化物占據(朱，S，等，2006(Zhu,S.,et al.2006))。

在2004年，開發了一種有效的技術創造“雙溶劑法”，其允許完全填充SBA-15的孔。第一合成步驟是通過兩種溶劑將無機前驅體混合到SBA-15通道中，這有利于前驅體離子從反應混合物轉移到介孔二氧化硅通道的表面。下一步驟是通過熱處理將前驅體連接到孔中，這個過程誘導轉化為氧化物納米粒子。示出的這種方法的缺點是不能控制合成的氧化物的形貌(朱，S，等，2006)。

并行地，聲化學法已用于在較短的反應時間中生成新型材料。據報道，通過聲化學法獲得的氧化物的納米晶材料呈現出比通過常規方法獲得的材料的高純度(朱，S，等，2006)。超聲波的化學效應是由于導致液體中氣泡的形成、生長和潰滅的聲空化現象，用超聲波輻射給予溶液特定性質。聲空化在水和其它水溶液中產生活性基團。這些活性基團具有非常高的溫度、壓力和冷卻速率，可以將金屬離子還原為金屬或金屬氧化物納米粒子(朱，S，等，2006)。