CN107511130B - 一种沸石负载纳米电气石材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沸石负载纳米电气石材料及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：将电气石进行超细纳米化处理得到的电气石纳米粉，制成电气石纳米浆料；将沸石浸渍在电气石纳米浆料中，超声搅拌，使纳米电气石负载于沸石的内通道和表面上，然后将其过滤和烘干，在500～700℃煅烧，得到沸石负载纳米电气石材料。本发明沸石负载纳米电气石材料可去除微污染饮用水中的氨氮，且不产生副作用，微污染饮用水的氨氮的去除率达到90％以上，本发明将为微污染饮用水中氨氮深度去除提供新的材料和方法，具有十分重要的理论意义和应用价值。对于解决我国日益严重的饮用水资源缺乏和饮用水中氨氮污染的问题有着十分重要的意义。

Description

一种沸石负载纳米电气石材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生态环境材料技术领域，更具体地，涉及一种沸石负载纳米电气石材料及其制备方法和应用。
背景技术
当前，我国饮用水中普遍存在氨氮污染问题，目前用以去除饮用水中氨氮的处理技术主要有曝气法、折点加氯法、离子交换法和生物法。曝气法是采用提高pH值将水中的氨氮排放到大气中，对大气造成污染，而且这些氨氮还会回到水体中，此工艺费用也较高。折点加氯法虽然可以有效的去除氨氮，但是氯的存在对人体是有害的。离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程，一般指水溶液通过树脂时所发生的固-液界面离子相互交换的过程，受离子浓度、搅拌或流动速度、温度、交换剂颗粒大小及交联度等因素影响较大。生物法脱氮的周期较长且对处理温度、时间有较高的要求。而且上述方法并不能从根本上使氨氮污染物无害化，正因为如此，促进人们对微污染饮用水中氨氮去除新方法的研究，为微污染饮用水中氨氮深度去除提供关键材料基础和技术支持。
自从Kubo等发现并提出电气石具有永久性自发电极化效应，能吸附并去除水中杂质而净化水体，且能改变水体的氧化-还原电位，从而使的水分子团分离电解，实现水的活化，电气石用于环境保护和水处理受到了国内外学者的广泛重视。目前电气石处理水工程来说，采取的方法一般是先将电气石烧制成球，再浸没于水中的方式，此种方式实际上是一种典型的高消耗资源的方式。因为电气石球与水发生能量转换和接触反应的过程仅局限于球外表面的一个薄层上，球内部的电气石并未起到任何作用，等于白白浪费了。将纳米电气石负载于一定的载体上，电气石与介质的接触面会大大增加，其处理水的效应会提高。而沸石是一种含水的架状结构、多孔铝硅酸盐矿物，具有较大的比表面积、强的离子交换能力和吸附性能，在其结构中可以形成稳定的、分子尺寸的半导体纳米团簇，因而沸石负载纳米电气石材料显示出比其它载体更高的活性。而且天然沸石原料来源丰富、价格低廉，具有不亚于合成沸石的离子交换吸附性能，是一种很有前景的纳米电气石载体。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种沸石负载纳米电气石材料的制备方法。该方法将纳米电气石负载于沸石多孔结构中，制备成可以悬浮于饮用水中且可以顺利与水分离的材料，利用沸石负载纳米电气石材料的吸附功能和永久性自发电极化效应，将饮用水中的氨氮吸附、快速富集并将之转化去除。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备的沸石负载纳米电气石材料。
本发明的再一目的在于提供上述沸石负载纳米电气石材料的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种沸石负载纳米电气石材料的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将电气石进行超细纳米化处理得到的电气石纳米粉，加入水制成电气石纳米浆料；
S2.将沸石浸渍在电气石纳米浆料中超声搅拌，使纳米电气石负载于沸石的内通道和表面上，然后将其过滤和烘干，在500～700℃煅烧，得到沸石负载纳米电气石材料。
优选地，步骤S1中所述电气石纳米浆料的浓度为10～25％，所述电气石纳米粉的粒径为5～100nm。
优选地，步骤S2中所述沸石为斜发沸石、方沸石、片沸石或钠沸石中的一种以上。
优选地，步骤S2中所述沸石和电气石纳米浆料的的质量比1：4～10。
优选地，步骤S2中所述超声的功率为100～300W，所述超声的时间为30～60min，所述浸渍的时间为30～60min。
优选地，所述煅烧的时间为15～25min。
一种沸石负载纳米电气石材料是通过上述的方法制得。
所述的沸石负载纳米电气石材料在处理含有污染物的饮用水中的应用。
优选地，所述污染物为氨氮。
优选地，所述氨氮的含量为0.5～8mg/L。
上述制备的沸石负载纳米电气石材料应用于去除饮用水中氨氮：利用沸石负载电气石材料沸石的吸附功能和永久性自发电极化效应可将微污染饮用水氨氮快速富集、吸附到材料孔洞或表面周围，使局部离子浓度增高，与电气石表面羟基解离而产生的OH-发生反应，形成各种气体或碱式盐析出，达到去除微污染饮用水中氨氮的效果，且不产生副作用，微污染饮用水中氨氮的去除率达到90％以上，沸石负载纳米电气石材料经过简单水冲洗可以循环使用，经过多次循环使用后氨氮的去除率没有减小。
本发明是利用沸石吸附性强和纳米电气石容易依附在多孔材料上的特点，将沸石浸渍在纳米电气石浆料中，借助超声波搅拌仪使纳米电气石均匀负载于沸石表面和多孔结构中，过滤、烘干，在低温下煅烧制备成可以悬浮于饮用水中而又可以顺利与水分离的材料，并且将其应用于饮用水中氨氮深度处理，利用沸石负载纳米电气石材料的吸附功能和永久性自发电极化效应将氨氮吸附、快速富集并将之转化去除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明制备方法工艺简单，使用设备少，所制备的沸石负载纳米电气石材料具有比较大的比表面积及永久性自发电极化效应，与介质接触面增加，且能增大水的溶氧能力和溶解氧量，提高水的渗透、溶解和代谢等能力，活化饮用水，对人体产生良好的生理效应和保健作用等优点。
2.本发明所制备的沸石负载纳米电气石材料既能悬浮于饮用水中而又可以顺利与水分离，而且可以利用其吸附功能和永久性自发电极化效应将微污染饮用水中氨氮吸附、快速富集并将之转化去除，为微污染饮用水中氨氮的深度去除提供关键材料基础。
3.本发明沸石负载纳米电气石材料可深度去除微污染饮用水中氨氮，且不产生副作用，微污染饮用水的氨氮(氨氮的含量为0.5～8mg/L)的去除率达到90％以上，沸石负载纳米电气石材料经过简单水冲洗可以循环使用，经过多次循环使用后氨氮的去除率没有减小。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.制备：采用机械力化学湿法对电气石进行超细纳米化，将100nm纳米的电气石制成浓度为10％浆料，将斜发沸石(本实验选用斜发沸石，其它种类沸石方沸石、片沸石、钠沸石亦有相同效果，下同)浸渍在浆料中(沸石和电气石纳米浆料的的质量比1：10)，超声波搅拌仪工作功率为100瓦，超声时间为30分钟，浸渍时间为30分钟，过滤、烘干后在500℃下煅烧15分钟，使纳米电气石铆固在沸石孔洞和表面上，得到沸石负载纳米电气石材料。
2.性能：对本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料采用排液法测量其表观密度为1.32g/cm3，采用四氯化碳法测定其微孔孔容为0.15cm3/g，采用氮气吸附法测量其平均微孔孔径为25nm，孔隙率为45.25％，以载体质量计其负载量为7％。
3.应用：本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料处理氨氮浓度为0.5mg/L的微污染饮用水，沸石负载纳米电气石材料投加量为10.0g/L，处理时间30分钟，氨氮的去除率为90.5％。
实施例2
1.制备：将5nm纳米电气石制成浓度为10％浆料，将斜发沸石浸渍在浆料中(沸石和电气石纳米浆料的的质量比1：4)，超声波搅拌仪工作功率为100瓦，超声时间为30分钟，浸渍时间分别30分钟，过滤、烘干后在500℃下煅烧15分钟，得到沸石负载纳米电气石材料。
2.性能：对本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料用排液法测量其表观密度为1.36g/cm3，采用四氯化碳法测定其微孔孔容为0.15cm3/g，采用氮气吸附法测量其平均微孔孔径为23nm，孔隙率为43.25％，以载体质量计其负载量为9％。
3.应用：本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料处理氨氮浓度为0.5mg/L的微污染饮用水，沸石负载纳米电气石材料投加量为10.0g/L，处理时间30分钟，氨氮的去除率为91.6％。
实施例3
1.制备：将5nm纳米电气石制成浓度为25％浆料，将斜发沸石浸渍在浆料中(沸石和电气石纳米浆料的的质量比1：4)，超声波搅拌仪工作功率为300瓦，超声时间为60分钟，浸渍时间为60分钟，过滤、烘干后在700℃下煅烧25分钟，得到沸石负载纳米电气石材料。
2.性能：对本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料用排液法测量其表观密度为1.48g/cm3，采用四氯化碳法测定其微孔孔容为0.14cm3/g，采用氮气吸附法测量其平均微孔孔径为19nm，孔隙率39.54％，以载体质量计其负载量为12％。
3.应用：本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料处理氨氮浓度为8mg/L的微污染饮用水，沸石负载纳米电气石材料投加量为10.00g/L，处理时间30分钟，氨氮的去除率为97.2％。
实施例4
1.制备：将100nm纳米电气石制成浓度为25％浆料，将斜发沸石浸渍在浆料中(沸石和电气石纳米浆料的的质量比1：10)，超声波搅拌仪工作功率为300瓦，超声时间为60分钟，浸渍时间为60分钟，过滤、烘干后在700℃下煅烧25分钟，得到沸石负载纳米电气石材料。
2.性能：本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料排液法测量其表观密度用为1.49g/cm3，采用四氯化碳法测定其微孔孔容为0.14cm3/g，采用氮气吸附法测量其平均微孔孔径为20nm，孔隙率41.33％，以载体质量计其负载量为11.2％。
3.应用：本实施例制备的沸石负载纳米电气石材料处理氨氮浓度为8mg/L的微污染饮用水，沸石负载纳米电气石材料投加量为10.0g/L，处理时间30分钟，氨氮的去除率为96.5％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于处理微污染饮用水中氨氮物的沸石负载纳米电气石材料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1. 将电气石进行超细纳米化处理得到的电气石纳米粉，加入水溶液制成电气石纳米浆料；所述电气石纳米浆料的浓度为10~25%，所述电气石纳米粉的粒径为5~100nm；
S2. 将沸石浸渍在电气石纳米浆料中30~60min，在功率为100~300W超声30~60min搅拌，所述沸石和电气石纳米浆料的质量比1：4~10；使纳米电气石负载于沸石的内通道和表面上，然后将其过滤和烘干，在500~700℃煅烧15~25min，得到沸石负载纳米电气石材料，所述沸石负载纳米电气石材料处理的微污染饮用水中氨氮的含量为0.5~8 mg/L。
2.根据权利要求1所述的用于处理微污染饮用水中氨氮物的沸石负载纳米电气石材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述沸石为斜发沸石、方沸石、片沸石或钠沸石中的一种以上。
3.一种用于处理微污染饮用水中氨氮物的沸石负载纳米电气石材料，其特征在于，所述沸石负载纳米电气石材料是通过权利要求1或2所述的方法制得。
4.权利要求3所述的沸石负载纳米电气石材料在处理含有污染物的饮用水中的应用。
5.根据权利要求 4所述的应用，其特征在于，所述污染物为氨氮。
6.根据权利要求 5所述的应用，其特征在于，所述氨氮的含量为0.5~8 mg/L。
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