一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，包括活性组分Bi2O3和载体Al2O3?MO双组分复合氧化物；MO为二价金属氧化物；其制备过程为：以水和乙二醇混合液为溶剂，配制含有M2+、Al3+和尿素的混合液A，并制备得到Al2O3?MO双组分复合氧化物；以聚乙二醇为溶剂，配制含有硝酸铋的混合液B；将Al2O3?MO双组分复合氧化物加入混合液B溶液中，并持续搅拌、离心、用蒸馏水和乙醇先后洗涤，在温度300～500℃焙烧3～6h，即可得到所述微纳分级结构的复合除碘材料。该复合除碘材料可实现高效、简便、经济地分离去除水体中的碘离子，具有巨大的市场应用前景。
【专利说明】
一种具有微纳分级结构的复合除砩材料及制备方法
技术领域
[0001]本发明属于水处理材料领域，尤其是涉及一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]碘是药物、染料、农药、食品添加剂及其它化学品制备合成的基础原料。在工业上广泛用于染料、抑菌剂、感光剂、灭火剂、催化剂以及提炼剂等材料中；在农业上广泛用于农药、饲料添加剂、示踪原子、人工降雨、灯光钓鱼光源等方面。随着科技的不断进步，含碘化学品的应用领域在不断扩展，市场需求量也随之增大，碘元素的分离与纯化越来越受到重视。
[0003]同时，利用碘(1291和1311)的放射性，碘可用作核能源、氧-碘化学激光器原料、X光的造影剂等方面。由于放射性碘元素具有较长的半衰期，在地质层中的活动性强且能在动物及人体的重要器官富集，其放射性危害受到了广泛地关注。虽然，碘元素的放射性污染较常规的化学和生物污染的发生频率要低，但一旦发生，其危害程度和社会影响较常规污染要严重得多。因此，水体中含碘污染物的有效去除(分离)越来越受到重视。
[0004]目前，水体中含碘元素的分离和去除主要有蒸发浓缩法、溶剂萃取法、化学沉淀法、液膜萃取法、离子交换法和吸附法。蒸发浓缩法存在能耗高、污染大和分离效率低下等问题;溶剂萃取法在处理的过程中会产生大量的有机溶剂，对环境会造成一定的污染;化学沉积法受环境影响较大，易受PH值的影响，水体的pH值改变，沉淀后的碘可能会释放出来，造成再次污染;膜萃取法难以操作、不易推广，且萃取膜存在价格高和寿命短等问题。而离子交换法和吸附法因工艺简单、处理方便、可操作性强、成本低廉、低污染、低能耗等优点，而受到了普遍重视。离子交换法或吸附法处理含碘水体，其分离效率由吸附材料的结构和组分共同决定。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中除碘材料存在不足，本发明提供了一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及方法，实现高效、简便、经济地分离去除水体中的碘离子，具有巨大的市场应用前景。
[0006]本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，包括活性组分Bi2O3和载体Al2O3-MO双组分复合氧化物;MO为二价金属氧化物。
[0008]优选的，所述M2+与Al3+的摩尔比为1:1?4:1 ,Al2O3-MO双组分复合氧化物和活性组分Bi2O3的质量比为5-10:0.23ο
[0009]优选的，所述MO为Mg0、Ni0、Zn0和CuO中的一种或者多种组合。
[0010]优选的，所述Al2O3-MO双组分复合氧化物的微结构由I?5μπι的多孔微球构成，多孔微球由400?800nm的纳米片组装而成。[0011 ] 一种具有微纳分级结构的复合除碘材料的制备方法，包括如下步骤:
[0012]SI =Al2O3-MO双组分复合氧化物的制备:
[0013]以水和乙二醇混合液为溶剂，配制含有M2+、A13+和尿素的混合液A;搅拌均匀后将混合液A转移到水热反应釜中进行水热反应;反应结束后，自然冷却至室温、离心、蒸馏水和乙醇先后洗涤，在温度400?600°C焙烧2?6h，得Al2O3-MO双组分复合氧化物；
[0014]S2:复合除碘材料的制备:
[0015]以聚乙二醇为溶剂，配制含有硝酸铋的混合液B;将步骤SI中所述Al2O3-MO双组分复合氧化物加入混合液B溶液中，并持续搅拌、离心、用蒸馏水和乙醇先后洗涤，在温度300?500°C焙烧3?6h，即可得到所述微纳分级结构的复合除碘材料。
[0016]优选的，步骤SI中所述水与乙二醇的体积比例为O?1:1;M2+与Al3+的摩尔比为1:1?4:1;尿素与Al3+的摩尔比为1:1?3:1 ;12+浓度为0.05?0.15mol/L;搅拌时间为20?30min;用蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次。
[0017]优选的，步骤S2中所述硝酸铋的浓度为0.lmmol/L的;Al2O3-MO双组分复合氧化物和混合液B的固液比为0.5?lg/L。
[0018]优选的，步骤S2中所述聚乙二醇的分子量为2000?4000。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]本发明所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，充分利用Al2O3-MO双组分氧化物之间的协同效应和微纳结构之间的耦合效应，并将对碘有较强吸附能力的Bi2O3负载到比表面积较大的双组分复合氧化物上，充分发挥多孔材料的表面吸附效应和Bi2O3对碘的选择性吸附，可高效、简便、经济的去除或分离水体中的碘离子;该材料具有组分可调和结构可控的优点，具有巨大的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0022]实施例1
[0023]取9mmol硝酸镁、3mmol硝酸招和6mmol尿素溶于10mL乙二醇中，搅拌30min。搅拌均匀后，将混合液转移到水热反应爸中，水热反应12h。反应结束后，自然冷却至室温，离心，用蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次，550°C焙烧4h，得双组分复合氧化物。
[0024]以聚乙二醇为溶剂，配制10mL浓度为0.lmmol/L的硝酸铋溶液。取0.1g双组分复合氧化物加入上述硝酸铋溶液中，并持续搅拌2h，离心，分别用蒸馏水和乙醇先后洗涤5次，400 0C焙烧4h，得微纳分级结构的复合除碘材料。
[0025]取50mg实施例1中的微纳分级结构的复合除碘材料，加入1mL浓度为20mg/L碘离子溶液中，静态吸附24h，测量吸附前后碘离子浓度，微纳分级结构的复合除碘材料对水体中碘离子的去除率可达96.5%。
[0026]实施例2
[0027]取8mmol硫酸镍、4mmol硝酸招和8mmol尿素溶于10mL乙二醇中，搅拌30min。搅拌均匀后，将混合液转移到水热反应爸中，水热反应12h。反应结束后，自然冷却至室温，离心，用蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次，550°C焙烧4h，得双组分复合氧化物。
[0028]以聚乙二醇为溶剂，配制10mL浓度为0.lmmol/L的硝酸铋溶液。取0.1g双组分复合氧化物加入上述硝酸铋溶液中，并持续搅拌2h，离心，分别用蒸馏水和乙醇先后洗涤5次，400 0C焙烧4h，得微纳分级结构的复合除碘材料。
[0029]取50mg实施例2中的微纳分级结构的复合除碘材料，加入1mL浓度为20mg/L碘离子溶液中，静态吸附24h，测量吸附前后碘离子浓度，微纳分级结构的复合除碘材料对水体中碘离子的去除率可达91.8%。
[0030]实施例3
[0031 ] 取8mmol硝酸锌、4mmol硝酸招和8mmol尿素溶于10mL乙二醇中，搅拌30min。搅拌均匀后，将混合液转移到水热反应爸中，水热反应12h。反应结束后，自然冷却至室温，离心，用蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次，550°C焙烧4h，得双组分复合氧化物。
[0032]以聚乙二醇为溶剂，配制10mL浓度为0.lmmol/L的硝酸铋溶液。取0.1g双组分复合氧化物加入上述硝酸铋溶液中，并持续搅拌2h，离心，分别用蒸馏水和乙醇先后洗涤5次，400 0C焙烧4h，得微纳分级结构的复合除碘材料。
[0033]取50mg实施例3中的微纳分级结构的复合除碘材料，加入1mL浓度为20mg/L碘离子溶液中，静态吸附24h，测量吸附前后碘离子浓度，微纳分级结构的复合除碘材料对水体中碘离子的去除率可达94.3%。
[0034]实施例4
[0035]取8mmol硫酸铜、4mmol硝酸招和8mmol尿素溶于10mL乙二醇中，搅拌30min。搅拌均匀后，将混合液转移到水热反应爸中，水热反应12h。反应结束后，自然冷却至室温，离心，用蒸馏水蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次，550°C焙烧4h，得双组分复合氧化物。
[0036]以聚乙二醇为溶剂，配制10mL浓度为0.lmmol/L的硝酸铋溶液。取0.1g双组分复合氧化物加入上述硝酸铋溶液中，并持续搅拌2h，离心，分别用蒸馏水和乙醇先后洗涤5次，400 0C焙烧4h，得微纳分级结构的复合除碘材料。
[0037]取50mg实施例3中的微纳分级结构的复合除碘材料，加入1mL浓度为20mg/L碘离子溶液中，静态吸附24h，测量吸附前后碘离子浓度，微纳分级结构的复合除碘材料对水体中碘离子的去除率可达93.7%。
[0038]实施例5
[0039]取9mmol氯化镁、3mmol硝酸招和9mmol尿素溶于10mL乙二醇中，搅拌30min。搅拌均匀后，将混合液转移到水热反应爸中，水热反应10h。反应结束后，自然冷却至室温，离心，用蒸馏水蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次，550°C焙烧4h，得双组分复合氧化物。
[0040]以聚乙二醇为溶剂，配制10mL浓度为0.lmmol/L的硝酸铋溶液。取0.05g双组分复合氧化物加入上述硝酸铋溶液中，并持续搅拌2h，离心，分别用蒸馏水和乙醇先后洗涤5次，400 0C焙烧4h，得微纳分级结构的复合除碘材料。
[0041 ]取50mg实施例3中的微纳分级结构的复合除碘材料，加入1mL浓度为20mg/L碘离子溶液中，静态吸附24h，测量吸附前后碘离子浓度，微纳分级结构的复合除碘材料对水体中碘离子的去除率可达95.8%。
[0042]所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，其特征在于，包括活性组分Bi2O3和载体Al2O3-MO双组分复合氧化物;MO为二价金属氧化物。2.根据权利要求1所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，其特征在于，所述M2+与Al3+的摩尔比为1:1?4:1 ,Al2O3-MO双组分复合氧化物和活性组分Bi2O3的质量比为5-10:0.23ο3.根据权利要求1或2所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，其特征在于，所述MO为MgO、N1、ZnO和CuO中的一种或者多种组合。4.根据权利要求1或2所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料，其特征在于，所述Al2O3-MO双组分复合氧化物的微结构由I?5μπι的多孔微球构成，多孔微球由400?800nm的纳米片组装而成。5.—种具有微纳分级结构的复合除碘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: SI =Al2O3-MO双组分复合氧化物的制备: 以水和乙二醇混合液为溶剂，配制含有M2+、A13+和尿素的混合液A;搅拌均匀后将混合液A转移到水热反应釜中进行水热反应;反应结束后，自然冷却至室温、离心、蒸馏水和乙醇先后洗涤，在温度400?600°C焙烧2?6h，得Al2O3-MO双组分复合氧化物； S2:复合除碘材料的制备: 以聚乙二醇为溶剂，配制含有硝酸铋的混合液B;将步骤SI中所述Al2O3-MO双组分复合氧化物加入混合液B溶液中，并持续搅拌、离心、用蒸馏水和乙醇先后洗涤，在温度300?500°C焙烧3?6h，即可得到所述微纳分级结构的复合除碘材料。6.根据权利要求5所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述水与乙二醇的体积比例为O?1:1 ;M2+与Al3+的摩尔比为1:1?4:1;尿素与Al3+的摩尔比为1:1?3:1;12+浓度为0.05?0.1511101/1;搅拌时间为20?301^11;用蒸馏水和乙醇先后洗涤3?6次。7.根据权利要求5所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述硝酸铋的浓度为0.lmmol/L的;Al2O3-MO双组分复合氧化物和混合液B的固液比为0.5?lg/L。8.根据权利要求6或7所述的一种具有微纳分级结构的复合除碘材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述聚乙二醇的分子量为2000?4000。
【文档编号】B01J20/08GK106076246SQ201610448840
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】张涛, 荣坚, 孔丽颖, 张超, 岳学杰, 邱凤仙, 潘建明
【申请人】江苏大学