一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法，属于无机材料的合成和水处理技术领域，包括如下步骤：(1)将氧氯化锆溶于去离子水中，超声分散均匀备用；(2)向步骤(1)所得溶液中加入埃洛石纳米管，搅拌均匀，静置处理后得前驱体备用；(3)对步骤(2)所得的前驱体搅拌处理0.5h，然后移入反应釜内进行水热反应处理；(4)对步骤(3)所得的反应产物进行去离子水离心清洗至中性，再进行干燥处理后得埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。本发明方法将纳米材料负载在埃洛石骨架材料上形成复合材料后，既保留了纳米颗粒吸附剂吸附容量大和效率高的特点，又克服了其易团聚，难收集的问题。

说明书

技术领域

本发明属于无机材料的合成和水处理技术领域，尤其涉及一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法。

背景技术

砷(As)是一种广泛存在于自然界且含量丰富的非金属。单质砷无毒性，但砷化合物均有毒性，且三价砷(As(III))比五价砷(As(V))毒性大60倍左右。砷具有剧毒性和可迁移的特性，长期摄入或接触砷超标水体会引起角化病、黑脚病、骨骼变形、肝、肾损伤、DNA损伤和癌症等多种疾病。即使在低浓度下，砷也具有较高的毒性和致癌性，全球估计有9400万至2.2亿人暴露于地下水中砷浓度高的环境中，水中的高砷含量已经对人类健康及生态环境造成巨大压力。

纳米氧化锆可作为吸附法中常用的吸附剂，对水体中的无机As(V)和As(III)均具有较高的吸附亲和力，且其自身化学性质稳定，同时拥有无毒、高热稳定性、低溶解度等优良的理化性质，是一种理想的污水中砷吸附剂之一，在废水处理方面备受关注。但由于纳米材料颗粒细微，容易团聚，导致吸附不足，且处理后很难收集，易造成二次污染，增加了水处理后的处置难度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧氯化锆溶于去离子水中，超声分散均匀备用；

(2)向步骤(1)所得溶液中加入埃洛石纳米管，搅拌均匀，静置处理后得前驱体备用；

(3)对步骤(2)所得的前驱体搅拌处理0.5h，然后移入反应釜内进行水热反应处理；

(4)对步骤(3)所得的反应产物进行去离子水离心清洗至中性，再进行干燥处理后得埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。

进一步的，步骤(1)中所述的氧氯化锆、去离子水，以及步骤(2)中所述的埃洛石纳米管对应的重量比为6-15：200：1-4。

进一步的，步骤(1)中所述的超声分散处理的时长为10-20min。

进一步的，步骤(2)中所述的搅拌的时长为5-7h，搅拌的环境温度为50-70℃。

进一步的，步骤(2)中所述的静置处理的时长为20-26h。

进一步的，步骤(3)中所述的水热反应处理时的条件控制为：温度为120-160℃、时长为3-5h。

进一步的，步骤(4)中所述的清洗的次数控制为4-8次。

进一步的，步骤(4)中所述的干燥处理时的条件控制为：温度为60-80℃，时长为8-12h。

本发明通过水热反应获得分散性好、比表面积高的埃洛石负载氧化锆纳米复合材料，具有制备流程简单，生产周期较短，可大批量合成，易实现工业化生产的优点。

本发明制备的纳米复合材料克服了纳米吸附材料制备成本高昂、使用过程中易团聚、吸附不足、且难实现固液分离的问题，具有较好的水体砷吸附效率，适合应用到水中砷污染的处理。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种埃洛石负载氧化锆纳米复合材料的制备方法，将纳米材料负载在埃洛石骨架材料上形成复合材料后，既保留了纳米颗粒吸附剂吸附容量大和效率高的特点，又克服了其易团聚，难收集的问题，有较高的实用价值。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明方法的的工艺流程图。

图2是本发明实施例1材料对应的XRD图。

图3是本发明实施例1材料对应的XPS图

图4是本发明实施例1材料对应的SEM图。

图5是本发明实施例1材料对应的TEM图。

图6是本发明实施例1材料对应的Mapping图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

称取氧氯化锆2.4169g，溶于50mL去离子水中超声分散10min，得到锆含量约为0.15mol/L的溶液，加入0.5g埃洛石纳米管，在65℃下剧烈搅拌6h，静置24h，然后将混合液继续搅拌0.5h后移入反应釜中进行水热反应，在140℃条件下反应4h，用去离子水离心清洗沉淀至中性后，将沉淀在80℃下干燥10h，冷却后得到的产物为埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。

实施例2

称取氧氯化锆2.4169g，溶于50mL去离子水中超声分散15min，得到锆含量约为0.15mol/L的溶液，加入1g埃洛石纳米管，在65℃下剧烈搅拌6h，静置24h，然后将混合液继续搅拌0.5h后移入反应釜中进行水热反应，在160℃条件下反应5h，用去离子水离心清洗沉淀至中性后，将沉淀在80℃下干燥10h，冷却后得到的产物为埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。

实施例3

称取氧氯化锆4.83g，溶于100mL去离子水中超声分散10min，得到锆含量约为0.15mol/L的溶液，加入0.5g埃洛石纳米管，在65℃下剧烈搅拌6h，静置24h，然后将混合液继续搅拌0.5h后移入反应釜中进行水热反应，在160℃条件下反应3h，用去离子水离心清洗沉淀至中性后，将沉淀在60℃下干燥12h，冷却后得到的产物为埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。

实施例4

称取氧氯化锆4.83g，溶于100mL去离子水中超声分散20min，得到锆含量约为0.15mol/L的溶液，加入0.5g埃洛石纳米管，在65℃下剧烈搅拌6h，静置24h，然后将混合液继续搅拌0.5h后移入反应釜中进行水热反应，在160℃条件下反应3h，用去离子水离心清洗沉淀至中性后，将沉淀在70℃下干燥11h，冷却后得到的产物为埃洛石负载氧化锆纳米复合材料。

为了对比本发明效果，对上述实施例1制得的材料进行检测，具体结果如附图2-6所示，其中：

XRD表征证明：本发明的氧化锆已成功负载到埃洛石纳米管上，与PDF标准卡片对比后表明其晶体结构为单斜结构；

XPS表征表明：本发明的氧化锆已成功负载到埃洛石纳米管上；

SEM图证明：本发明的埃洛石纳米管外径约为100～500nm，其表面附着有大量的球状颗粒，直观地证明了氧化锆成功负载在埃洛石载体上，且氧化锆颗粒分布均匀，无团聚现象；

TEM图证明：本发明的埃洛石纳米管管壁表面附着大量细小颗粒，颗粒分布均匀，无团聚现象；

Mapping图证明：本发明的元素mapping图表明细小颗粒由锆元素和氧元素组成，进一步证实氧化锆成功负载在埃洛石载体上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。