[發明專利]一種鈷摻雜氧化鈰多孔材料的制備方法及其在砷污染治理方面的應用

在審

• 申請號: 202210412479.4
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114887608A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李世保;孔祥貴;林彥軍
• 申請（專利權）人: 北京化大天工科技發展有限公司;北京化工大學
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/28;B01J20/06;B01J20/02;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 王宇

本發明公開了一種鈷摻雜氧化鈰多孔材料的制備方法及其在砷污染水處理方面的應用。該方法是將鈰鹽、鈷鹽和氧化劑用溶劑攪拌溶解得到混合溶液，然后將堿溶液逐滴加入混合溶液中，待pH值達到8.0?10.0時停止滴加，升溫后繼續反應2?10小時，離心、洗滌、干燥后即得鈷摻雜氧化鈰多孔材料。本發明的合成方法簡便、反應條件溫和、無需高溫焙燒，有效降低了材料的制備成本。所制備的材料比表面積大，能有效提供更多的活性位點。在處理含砷廢水過程中，利用砷與鈰、砷與鈷間能夠形成牢固的化學鍵的原理，所制備的鈷摻雜氧化鈰能夠顯著降低溶液中砷的含量且表現出良好的選擇性，在砷污染治理領域極具應用前景。

技術領域

本發明屬于無機材料合成及重金屬離子去除技術領域，具體涉及一種鈷摻雜 氧化鈰多孔材料的制備方法及其在砷污染治理方面的應用。

背景技術

砷是一種非金屬元素，廣泛存在于自然界，目前已發現數百種砷礦物。砷與 其化合物廣泛用于農藥、除草劑、合金材料、半導體材料以及醫藥領域。在土壤、 水、礦物、植物中都能檢測出微量的砷，正常人體組織中也含有微量的砷。日常 生活中，人們可能通過食物、水源、大氣攝入砷。研究表明，適量的砷有助于血 紅蛋白的合成，能夠促進人體的生長發育。動物實驗也表明，砷缺乏會抑制生長， 生殖也會出現異常。然而，砷及其化合物具有毒性，所以當人體砷攝入量過多時， 就會造成砷中毒。砷對人體產生毒性的作用機制主要是因為砷可以通過與球蛋白 的靜電相互作用被血液吸收，并被運輸到整個身體器官，包括骨骼，肌肉，腎臟 和肺等。砷一旦被吸收后經過肝臟中代謝，一般來說，血液中50-90％的砷可以通 過尿液從體內排泄，從而達到排毒效果。但是，長期攝入累積以及高暴露會導致 砷在組織中滯留，并且砷會通過酶誘導的生化反應轉化為甲基化代謝物和無機砷。 砷通過脂質的氧化過程導致過多不飽和脂肪酸的氧化，從而損害細胞結構、脂質 和蛋白質，最終影響到中樞神經系統的正常工作。存在于生態環境中的砷污染物 進入動植物生物體內的途徑是復雜多樣的，從而對動植物表現出不同程度的傷害 性。因此，環境中砷污染問題已經引起廣泛關注，世界上多個環保和疾病衛生組 織等眾多權威機構將砷列為第一致癌物質。

砷污染物主要以無機砷形式普遍存在于地下水中。因此，若不對地下水砷污 染物進行及時治理的前提下，長期飲用將會對人體的許多器官造成嚴重危害，并 且容易引發一系列疾病及癌癥。鑒于砷污染所造成的人類健康安全問題，降低甚 至是消除地下水中砷的含量已經是科學家們亟待解決的問題。因此，開發一種綠 色高效且經濟的策略用于治理環境中砷污染問題迫在眉睫。

目前，吸附技術被認為是最經濟、高效、適合處理砷污染的凈水技術。但在 實際應用中其不足之處也凸顯出來。例如，目前使用的天然、礦物等材料吸附容 量很低；人工改性材料、生物類吸附材料對砷污染物的吸附容量得以提升，但是 合成方法繁瑣，無法批量生產，處理后的材料后續處理較為困難，且增加了工藝 技術成本。因此，開發新型高效水處理吸附劑用于吸附自然環境中的金屬及有毒 污染物是目前研究的熱點。

發明內容：

本發明公開了一種鈷摻雜氧化鈰多孔材料的制備方法及其在砷污染水處理方 面的應用。本發明通過制備策略創新，實現了一步法合成鈷摻雜氧化鈰多孔材料 的制備，其優勢在于合成方法簡便、反應條件溫和、無需高溫焙燒，有效降低了 材料的制備成本。所制備的材料比表面積大，能有效提供更多的活性位點。在處 理含砷廢水過程中，利用砷與鈰、砷與鈷間能夠形成牢固的化學鍵的原理，所制 備的鈷摻雜氧化鈰能夠顯著降低溶液中砷的含量且表現出良好的選擇性，在砷污 染治理領域極具應用前景。

所述的鈷摻雜氧化鈰多孔材料的制備方法為：將鈰鹽、鈷鹽和氧化劑用溶劑 攪拌溶解得到混合溶液，然后將堿溶液逐滴加入混合溶液中，待pH值達到8.0-10.0 時停止滴加，升溫后繼續反應2-10小時，離心、洗滌、干燥后即得鈷摻雜氧化鈰 多孔材料。

所述的鈰鹽選自硝酸鈰、氯化鈰中的一種或兩種混合。

所述的鈷鹽選自硝酸鈷、氯化鈷的一種或兩種混合。

所述的氧化劑選自溴酸鈉、溴酸鉀中的一種或兩種混合。