CN101700487A

CN101700487A - 一种表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN101700487A
Application number: CN200910259663A
Authority: CN
Inventors: 刘培生; 罗军; 崔光; 丁爱中
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-05-05

Abstract

本发明涉及一种表面负载活性物质的类蜂窝状泡沫沸石颗粒材料，其中负载的活性物质是具有良好吸附作用的高活性铝氧化物，主要成分为γ-氧化铝。这种负载于泡沫沸石颗粒表面的活性物质呈大量类球形粒子的外观形貌，粒子尺度在100nm左右，这种纳米级的粒子具有很强的表面作用。该泡沫沸石颗粒是通过以天然沸石粉末与有机聚合物球形颗粒加水球磨混合造粒后干燥烧结而成，该高活性铝氧化物纳米粒子的负载方法是由氧化铝溶胶涂覆泡沫沸石颗粒后烧结，其中氧化铝溶胶由拟薄水铝石和水加入少量浓硝酸配制而成，烧结温度在350～580℃之间。该产品适用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附。

Description

一种表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒及其制备方法

技术领域：

本发明涉及表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒材料，尤其涉及一种表面负载高活性铝氧化物的类蜂窝状泡沫沸石颗粒材料，及其制备方法。

背景技术：

水资源问题是21世纪的重大资源环境问题。目前，水污染日趋严重，饮用水中的有害物质明显增加([1]孙登学.小议我国居民饮用水污染问题及基本解决途径.民营科技，2008，6：113-115.)。全世界约80％的疾病与饮用被污染的水有关，全世界儿童死亡原因中约50％是由于饮用水被污染造成([2]赵瑞芹.调查显示80％疾病由饮用水污染导致.糖尿病新世界，2007，12：100.)。根据世界卫生组织统计，目前全球还有超过10亿人口用不上洁净水，中国农村有3亿多人饮水不安全([3]肖晓笛，韦朝海，李寒娥.陶瓷球吸附污水中低含量氨氮性能研究.水处理技术，2009，35(11)：37-40.)。特别值得提出的是，由于地质等问题，很多农村边远地区的饮用水中含有超标的砷和氟等成分，给当地居民的身体健康带来了很大危害，不少人由此而患上疾病。可见，饮用水的安全问题也是我国面临的一个突出环境问题，它直接关系到广大人民群众的生命和健康。

天然沸石是铝硅酸盐矿物，在自然界的含量比较丰富，成本比较低廉，具有吸附性、催化性、耐酸性、热稳定性以及生物活性和抗毒性等性能([4]张学斌，刘丽华，胡晓翠，刘杏芹，孟广耀.天然沸石多孔陶瓷的烧结动力学.硅酸盐学报，2006，34(2)：187-191；[5]Sasaki Y，Shimizu W，Suzuki T，Kubo Y.TEMstudy of zeolite formed in porous Al₂O₃.Electron Microscopy，1998，2：463-464.)。它可以吸附镉、铯、铅等重金属离子，可用来净化废气和污水。以天然沸石为原料制备出多孔的泡沫沸石颗粒材料，可以大大强化其表面作用，从而提高其在吸附、催化等利用表面作用方面的性能，获得更好的使用效果。将多孔泡沫沸石颗粒材料进行改性或用作活性物质的载体，获得改性泡沫沸石或表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒材料，则可使系统的功能得到进一步的优化，也可以有选择性地使系统的功能得到进一步的针对化。例如，改性后可以吸附水中的氟、除水中的氨氮等有害物质([6]韩丽莉，武海霞，韩相奎，边德军.农村含氟地下饮用水处理.民营科技，2009，3：95；[7]李爱阳.改性斜发沸石对微污染饮用水的处理研究.化工时刊，2004，18(5)：49-53.)，负载二氧化钛光催化膜后可实现水中各种有机物的降解净化([8]Diebold U.Thesurface science of titanium dioxide.Surf Sci Rep，2003，48(1)：223-229；[9]Liping Yang，Zhenyan Liu，Jianwei Shi，Hai Hu，Wen feng，Shang guan.Design consideration of photocatalytic oxidation reactorsusing TiO₂-coated foam nickels for degrading indoor gaseous formaldehyde.Catalysis Today，2007，126：359-368；[10]周茂奇，刘培生，刘安东.多孔载体负载光催化系统.2006年材料科学与工程新进展，北京：化学工业出版社，2007：564-571.)，而在表面负载活性氧化铝后，则非常适用于对水中毒性物质砷和氟的吸附净化。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒材料及其制备方法。其中泡沫沸石颗粒的制备方法采用简单的混料烧结工艺，活性物质的负载方法采用溶胶涂覆烧结工艺。

本发明采用的泡沫沸石颗粒材料，其外部呈类似蜂窝状的形貌(参见图1～图2)，其特征在于：选用天然沸石为原料、有机聚合物球形颗粒为造孔剂、水为黏结剂，通过天然沸石粉末和有机聚合物球形颗粒的加水混合造粒干燥，在空气环境下热烧解有机物并实现沸石粉末烧结，最后形成类蜂窝状结构的类球形多孔体颗粒。

本发明采用的活性物质负载方法，为溶胶涂覆烧结法，其特征在于：所负载的活性物质为高活性铝氧化物，由氧化铝溶胶涂覆泡沫沸石颗粒后烧结而成，其中氧化铝溶胶由拟薄水铝石和水加入少量浓硝酸配制而成，烧结温度在350～580℃之间，保温时间为2～4h，然后随炉冷却。最后在原无负载物的泡沫沸石颗粒表面(参见图3)附着了一层类球形的高活性铝氧化物纳米粒子(参见图4)。

本发明制备的表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒材料主要目标是用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附，其制备方法操作方便，设备简单。

附图说明：

图1本发明所用泡沫沸石颗粒的宏观光学照片，显示了多孔结构的类蜂窝形态。

图2本发明所用泡沫沸石颗粒的表面扫描电子显微照片，显示了颗粒表面相对平坦的外部形貌。

图3本发明负载活性物质的泡沫沸石颗粒表面形貌，显示了泡沫沸石颗粒表面负载的高活性铝氧化物纳米粒子。

具体实施方式：

实施例：先按固液比1g∶15ml将拟薄水铝石(固)溶解在去离子水(液)中，并在磁力搅拌器下剧烈搅拌，量取少量浓硝酸(作为胶溶剂)缓慢滴加进去，搅拌30min后形成氧化铝溶胶待用。将泡沫沸石颗粒放在去离子水中用超声波清洗10min，除去泡沫沸石颗粒表面黏附的其他杂质小颗粒和结合不牢的沸石小颗粒。将经过超声处理的泡沫沸石颗粒烘干后放入上述氧化铝溶胶中，震动状态下浸泡30min，取出后置于匀胶机中甩胶，甩胶作用是使吸附在泡沫沸石颗粒表面的氧化铝溶胶分布得更加均匀。甩胶处理后陈化24h，陈化的主要目的是使负载在泡沫沸石颗粒表面的氧化铝溶胶能够均匀地渗透在基体的微孔内。然后将经过陈化的样品放置在鼓风烘箱中于110℃烘干2h，使样品表面的自由水分得以完全蒸发。最后将烘干的样品放置在箱式电阻炉中，以1.5℃/min的升温速度将温度提高到400℃，保温3h后自然冷却。烧结过程中吸附在泡沫沸石颗粒表面的氧化铝溶胶逐渐脱去结合水，从而形成活性氧化铝，在400℃下形核结晶，成功地负载于泡沫沸石颗粒表面。所得产品的多孔体系在水中毒性物质砷的吸附实验中获得了良好的效果。

Claims

1.一种表面负载活性物质的泡沫沸石颗粒材料，其特征在于：该产品为表面负载高活性铝氧化物的类蜂窝状球形颗粒，颗粒大小为5～20mm；负载于泡沫沸石颗粒表面的活性铝氧化物的主要成分为γ-氧化铝，其外观形貌呈大量的类球形粒子，粒子尺度在100nm左右，这种纳米级的粒子具有很强的表面作用。

2.权利要求1所述的表面负载活性物质的类蜂窝状泡沫沸石颗粒材料用于活性吸附，如用于水中砷和氟的吸附。

3.权利要求1所述的类蜂窝状泡沫沸石球形颗粒通过以天然沸石粉末与有机聚合物球形颗粒加水球磨混合造粒后干燥烧结而成，所述高活性铝氧化物纳米粒子的负载方法是由氧化铝溶胶涂覆泡沫沸石颗粒后烧结，其中氧化铝溶胶由拟薄水铝石和水加入少量浓硝酸配制而成，烧结温度在350～580℃之间。