[發(fā)明專(zhuān)利]一種鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管及其制備方法與應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110088748.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112791700A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任剛;關(guān)健聰;譚舟揚(yáng);王婷婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/20
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運(yùn)貞

本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管的制備方法包括如下步驟：將納米碳管、濃硫酸、濃硝酸和KMnO₄混合，反應(yīng)，加入水和H₂O₂，抽濾，洗滌，干燥，得到氧化碳納米管，與水混合，加入六水合三氯化鐵、七水合硫酸亞鐵及三氯化鈦溶液，加入高錳酸鉀溶液、氨水，陳化，抽濾，洗滌，干燥，得到鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管。本發(fā)明的鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管由無(wú)定形的復(fù)合金屬氧化物負(fù)載在多孔氧化納米碳管的表面和孔道，且采用水熱反應(yīng)，負(fù)載率較高，使用和保存方便，效果持久；鐵鈦錳復(fù)合氧化物富含羥基活性點(diǎn)位，吸附速率快；對(duì)人體無(wú)生物毒性，使用安全無(wú)污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)與化工分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前砷污染問(wèn)題在全球中無(wú)處不在，砷對(duì)水資源的污染嚴(yán)重威脅著全世界數(shù)百萬(wàn)人，世界上許多地方都報(bào)告了這種污染，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、印度、日本等很多國(guó)家都面臨著不同程度的砷污染問(wèn)題。砷是一種劇毒，致癌和致突變的污染物，長(zhǎng)期暴露于飲用水中過(guò)量的污染物會(huì)導(dǎo)致皮膚問(wèn)題和肝癌和膀胱癌。此外，砷的非致癌作用包括心血管疾病，糖尿病，貧血，對(duì)生育和神經(jīng)系統(tǒng)的影響。世界衛(wèi)生組織(WHO)和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(USEPA)將飲用水中砷的最大允許濃度設(shè)定為10ppb。根據(jù)世界衛(wèi)生組織關(guān)于用砷污染水的指南，世界上超過(guò)2億人面臨濃度高于標(biāo)準(zhǔn)的砷風(fēng)險(xiǎn)，所以處理砷污染問(wèn)題迫在眉睫。因?yàn)锳s(III)比As(V)毒性更大，更危險(xiǎn)，毒性比As(V)高幾十倍，流動(dòng)性更強(qiáng)。此外，通過(guò)常規(guī)水處理工藝從水資源中去除As(III)更加困難。因此，把As(III)氧化成As(V)是從飲用水中去除As(III)達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)的較為有效方法。

大部分化學(xué)氧化劑在As(III)氧化中是有效的，但它們也可能產(chǎn)生副產(chǎn)物引起次要的污染問(wèn)題。為了制備高效率和低成本的吸附劑作為去除污染的水中的亞砷酸鹽，制備出高效的吸附材料成為現(xiàn)在研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，這幾年來(lái)，鐵氧化物、錳氧化物作為吸附材料對(duì)三價(jià)砷的去除逐漸受到關(guān)注和研究。但單金屬氧化物處理能力有限，于是雙金屬氧化物在研發(fā)和應(yīng)用方面也漸漸成熟。此外，還可以使用具有光催化性能的納米顆粒對(duì)于三價(jià)砷進(jìn)行氧化，光催化過(guò)程中不造成二次污染且可以提高氧化效率。光催化氧化過(guò)程中常用的TiO₂顯示出許多優(yōu)點(diǎn)(例如，物理和化學(xué)穩(wěn)定性，可忽略的毒性，光催化性質(zhì)，易于制備和對(duì)砷的高親和力)，并且已廣泛用作環(huán)境修復(fù)中的有效吸附和光催化介質(zhì)由于使用溫和的氧化劑，不存在有害的化合物，能夠與其他物理和化學(xué)方法結(jié)合，以及替代傳統(tǒng)的高能量處理技術(shù)的選擇。有研究還表明，作為As(III)氧化最重要的氧化劑之一，錳氧化物由于其有效的成本，強(qiáng)大的氧化能力和強(qiáng)穩(wěn)定性而得到了廣泛的研究。因?yàn)樵谝环N組合中使用兩種或多種金屬以及分別對(duì)每種金屬具有協(xié)同作用，雙金屬納米氧化物化合物可促進(jìn)了從水性環(huán)境中氧化和吸附砷的各種過(guò)程，將鐵、鈦、錳三種金屬氧化物有效結(jié)合在一起，提高對(duì)三價(jià)砷的氧化吸附能力。近年來(lái)，碳基材料(活性炭、納米碳管、石墨烯等)由于具有比表面積大、多孔性質(zhì)、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)激發(fā)了學(xué)者們的研究興趣，特別是納米碳管，具有大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)。將碳基材料與金屬氧化物有機(jī)結(jié)合可制備出不同的新型復(fù)合材料，增強(qiáng)對(duì)污染物的吸附能力效率。負(fù)載的方法有很多種，其中水熱法對(duì)材料物相的形成、粒徑的大小、形態(tài)也能夠控制，最終使產(chǎn)物的分散性較好。最主要的是，水熱法能使金屬氧化物更多地負(fù)載在碳納米管上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供通過(guò)上述制備方法得到的鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種鐵鈦錳復(fù)合氧化物改性納米碳管的制備方法，包括如下步驟：