一种利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法

本发明属于无机污染物的去除领域，尤其涉及一种利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法。

背景技术：

1、吸附法是目前应用最广的水处理技术之一，它具有成本较低、操作方便、效果稳定等优势。其中，吸附剂可通过物理吸附、化学吸附和离子交换等作用去除水体中的无机阴离子。吸附剂饱和后可脱附再生并循环使用，从而降低成本；且吸附通常采用固定床形式，设备投入低、运行简便、处理效果稳定可靠。

2、纳米技术的快速发展为进一步创新深度水处理技术提供了新契机。相对于传统吸附剂，纳米材料具有更高的比表面积与选择性，且活性位点可利用率高。因此，纳米材料对污染物有良好的去除效果，即使在低浓度下也可有效去除污染物。如fe/zr/mn/la/ce等金属氧化物纳米颗粒可通过内圈配位作用实现对砷酸根、磷酸根、氟等无机污染物的特异性吸附去除。

3、然而，纳米材料对砷酸根在中性条件下有较好的去除效果，而在偏酸或偏碱条件下去除效果较差(chem.eng.j,2014,248,290–296)；当竞争离子存在时，纳米材料在酸性条件对磷酸根有更高的去除率(j.hazard.mater.,2015,284,35–42)；酸性条件下，纳米材料对氟离子有优异的去除效果，而在中碱性条件下除氟性能显著下降(environ.sci.technol.2013,47,16,9347–9354)。而在实际应用中，利用无机酸碱调节溶液ph存在酸或碱获取困难、操作繁冗，且极易造成化学药剂浪费等问题。

4、即，采用纳米材料对无机污染物的去除效果受ph影响较大。基于此，现亟需一种新的无机污染物的吸附方法，该方法能够拓宽纳米材料的适用范围，不局限ph值的影响。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，采用该方法能够使得纳米材料对无机阴离子污染物的去除量提升0.2-5倍，且有效拓宽吸附材料的的使用ph范围。

2、技术方案：本发明利用微气泡强化纳米材料吸附无机阴离子污染物的方法，包括如下步骤：

3、(1)采用微气泡发生装置对含无机污染物溶液进行曝气10-30min；

4、(2)向步骤(1)的溶液中加入纳米材料反应24-48h后取出，获得吸附无机污染物的纳米材料。

5、微气泡与传统气泡不同，它具有传质效率高、能在水中稳定存在、高比表面积、表面带负电以及破裂时可产生自由基等特点。本发明通过在溶液中引入微气泡，通过静电作用或疏水作用使其富集在纳米材料表面，促进了质子向纳米材料表面转移，进而促进纳米材料质子化，增加了纳米材料表面的吸附位点，且加快了无机污染物吸附在纳米材料上的动力学过程，进而提升了纳米材料的吸附性能。

6、进一步说，该吸附方法的步骤(1)中，所述微气泡发生装置所产生的微气泡尺寸为100-500nm，微气泡浓度为3×106-9×108/ml，即1ml溶液中有3×106-9×108个气泡。

7、进一步说，该吸附方法的步骤(1)中，所述曝气的气体为空气、氮气、二氧化碳或氧气。

8、进一步说，该吸附方法的步骤(1)中，所述无机污染物为砷酸根、磷酸根或氟化物。

9、进一步说，该吸附方法的步骤(1)中，所述无机污染物溶液的ph值为3-11，所含竞争离子氯离子浓度为0-1g/l。

10、进一步说，该吸附方法的步骤(2)中，所述纳米材料为纳米氧化铁、纳米氧化锰、纳米氧化锆、纳米氧化镧或纳米氧化铈，纳米材料尺寸为20-100nm。

11、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该吸附方法通过引入微气泡技术，能够显著提升纳米材料对污染物的选择性去除效果，以使污染物去除量提升0.2-5倍，且能够避免不同无机污染物的去除效果受ph和竞争离子影响导致去除率较差的问题，拓宽了吸附材料的使用ph范围。

技术特征：

1.一种利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述微气泡发生装置所产生的微气泡尺寸为100-500nm，微气泡浓度为3×106-9×108/ml。

3.根据权利要求1所述利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述曝气的气体为空气、氮气、二氧化碳或氧气。

4.根据权利要求1所述利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述无机污染物为砷酸根、磷酸根或氟化物。

5.根据权利要求1所述利用微气泡强化纳米材料吸附无机阴离子污染物的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述无机污染物溶液的ph值为3-11，所含竞争离子氯离子浓度为0-1g/l。

6.根据权利要求1所述利用微气泡强化纳米材料吸附无机阴离子污染物的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述纳米材料为纳米氧化铁、纳米氧化锰、纳米氧化锆、纳米氧化镧或纳米氧化铈，纳米材料尺寸为20-100nm。

技术总结
本发明公开了一种利用微气泡强化纳米材料吸附无机污染物的方法，包括首先采用微气泡发生装置对含无机污染物溶液进行曝气10‑30min，再向的溶液中加入纳米材料反应24‑48h后取出，获得吸附无机污染物的纳米材料。本发明的吸附方法通过引入微气泡技术，能够显著提升纳米材料对污染物的选择性去除效果，以使污染物去除量提升0.2‑5倍，且能够避免不同无机污染物的去除效果受pH和竞争离子影响导致去除率较差的问题，拓宽了纳米吸附材料的使用pH范围。

技术研发人员：张孝林,张铠珍,印梓勤,张炜铭,潘丙才
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10