一種重金屬廢水處理用ZrO2及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，加熱煅燒UiO?66類金屬有機骨架材料，得到重金屬廢水處理用ZrO2；其中所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。本發明專利技術以UiO?66類金屬有機骨架材料為前驅體經過2～5h在600～1200℃溫度下的進行煅燒，得到的ZrO2具有較高的比表面積，在重金屬離子吸附過程中提供了更多的吸附位點，進而提高了對重金屬離子的吸附量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于污水處理
，尤其涉及一種重金屬廢水處理用ZrO2及其制備方法和應用。
技術介紹
隨著我國工業化建設的快速發展，金屬冶煉、礦物加工等工業生產和固體廢物焚燒等人類生活活動導致的各種有毒有害的重金屬物質排放量不斷升高，使得各地不斷發生各種重金屬中毒事件，對人們的健康和環境造成了嚴重的威脅。大量的工業和生活廢水未經處理流入河流中，導致我國黃淮遼河等很多水域河流都出現了鉛、汞、砷、鎘、銻等重金屬離子嚴重超標現象，甚至影響到地表水及地下水的質量，導致近年來“砷毒”、“血鉛”、“鎘米”、“銻污染”等事件頻發。砷是一種經國際腫瘤機構(IARC)和美國疾病控制中心(CDC)認證的致癌物質，它會在生物體內積累，對人體多種系統功能造成傷害，誘發高血壓、神經病變、心腦血管、皮膚色素代謝異常等，影響勞動和生活能力，最終發展成皮膚癌、肝癌等多種內臟癌變。金屬銻早在1979和1976年就被美國環保局和歐盟分別列為優先考慮的污染物，它對生物和人體有慢性毒性和致癌性，短時間處于銻含量過高的環境中會刺激人的眼、皮膚和呼吸系統，長期接觸會導致人體的心臟和肝臟功能損壞，甚至死亡。因此，在砷、銻含量超過排放限值的廢水排放之前，去除廢水中的砷、銻等劇毒污染物是非常有必要的。目前吸附法是一種比較成熟并且操作簡單易行的污水處理方法。其中氧化鋯(ZrO2)是一種無機材料，由于其化學穩定性高、無毒且不溶于水，被廣泛地用作水處理吸附劑。雖然相關研究人員針對ZrO2對廢水中重金屬的吸附進行了深入研究，但是仍存在著吸附劑對廢水中砷、銻等劇毒重金屬離子的吸附容量低、效果差等問題。因此，如何制備具有高吸附性能的ZrO2納米材料，成為科研人員關注和解決的熱點及難點。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種重金屬廢水處理用ZrO2及其制備方法，本專利技術制備得到的ZrO2對重金屬離子具有較高的吸附量。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：本專利技術提供了一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，包括以下步驟：加熱煅燒UiO-66類金屬有機骨架材料，得到重金屬廢水處理用ZrO2；所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。優選的，所述加熱煅燒在保護氣氛下進行，所述保護氣氛為氮氣氣氛或惰性氣氛。優選的，所述加熱的升溫速率為2～5℃/min；所述加熱的初始溫度為20～25℃。優選的，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的粒徑為50～100nm。優選的，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的有機配體為對苯二甲酸、氨基對苯二甲酸和巰基對苯二甲酸一種或多種。優選的，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的制備方法包括以下步驟：加熱處理含有ZrCl4與有機配體混合液后干燥研磨；所述ZrCl4與有機配體的摩爾比為(1～3)：1。本專利技術提供了上述技術方案制備得到的ZrO2，所述ZrO2的粒徑為20～50nm；所述ZrO2的比表面積為20～100m2/g。本專利技術還提供了上述技術方案制備得到的ZrO2的應用，包括：調節重金屬離子pH值至4～6.8后，與所述ZrO2混合，對重金屬進行吸附。優選的，所述ZrO2的質量與所述重金屬離子廢水的體積比為2g：(1～5)L。優選的，所述重金屬廢水中重金屬離子包括三價砷離子、五價砷離子、三價銻離子和五價銻離子中的一種或多種。本專利技術提供了一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，加熱煅燒UiO-66類金屬有機骨架材料，得到重金屬廢水處理用ZrO2；其中所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。本專利技術以UiO-66類金屬有機骨架材料為前驅體經過2～5h在600～1200℃溫度下的進行煅燒，得到的ZrO2具有較大的比表面積，表面積最高可約達100m2/g，并且以金屬有機骨架材料作為煅燒前驅體，煅燒完成后保留一定的有機骨架基體以及原有骨架中連接點的暴露，使得在重金屬離子吸附過程中提供了更多的吸附位點，進而提高了對重金屬離子的吸附量。本專利技術實施例的結果表明，本專利技術提供的制備方法得到的ZrO2，對水中對砷和銻都具有良好的吸附效果，對三價砷離子、五價砷離子、三價銻離子和五價銻離子最大吸附容量分別為82.05mg/g、92.73mg/g、72.09mg/g及59.8mg/g。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1為本專利技術實施例1～3中ZrO2的合成圖；圖2為本專利技術實例1～3和對比例1制備得到的ZrO2的XRD圖；圖3本專利技術實施例3～5制備得到的ZrO2的XRD圖；圖4本專利技術實施例3制備得到的ZrO2的SEM圖；圖5本專利技術實施例1～3和對比例1制備得到ZrO2對三價銻離子的吸附等溫線。具體實施方式本專利技術提供了一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，加熱煅燒UiO-66類金屬有機骨架材料，得到用于重金屬離子廢水處理的ZrO2；其中所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。本專利技術以UiO-66類金屬有機骨架材料為前驅體經過2～5h的600～1200℃溫度下的恒溫煅燒，得到的ZrO2具有較大的比表面積，表面積最高可約達100m2/g，并且以金屬基有機骨架材料作為煅燒前驅體，煅燒完成后保留一定的有機骨架基體以及原有骨架中連接點的暴露，使得在重金屬離子吸附過程中提供了更多的吸附位點，進而提高了對重金屬離子的吸附量。本專利技術為了得到重金屬廢水處理用ZrO2，加熱煅燒UiO-66類金屬有機骨架材料。在本專利技術中，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的有機配體優選為對苯二甲酸、氨基對苯二甲酸和巰基對苯二甲酸一種或多種；本專利技術對所述對苯二甲酸、氨基對苯二甲酸和巰基對苯二甲酸的來源沒有特殊要求，采用本領域技術人員所熟知的對苯二甲酸、氨基對苯二甲酸和巰基對苯二甲酸即可。本專利技術對所述UiO-66類金屬有機骨架材料的來源沒有特殊的限定，采用上述種類的UiO-66類金屬有機骨架材料的市售商品或采用本領域技術人員熟知的制備方法自行制備均可。在本專利技術中，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的制備方法優選包括：加熱處理包含ZrCl4與有機配體混合液后干燥研磨，得到UiO-66類金屬有機骨架材料。在本專利技術中，所述包含ZrCl4與有機配體的混合液優選通過超聲攪拌的方式得到，具體為在超聲條件下，將ZrCl4溶液與有機配體混合。在本專利技術中，所述超聲攪拌的時間優選為30～50min，進一步優選為40～45min；在本專利技術中，所述超聲攪拌的頻率優選為20～40kHz，進一步優選為25～30kHz。在本專利技術中，所述ZrCl4溶液中的溶劑優選為二甲基甲酰胺、無水乙醇或二氯甲烷；在本專利技術中，所述ZrCl4溶液的質量濃度優選為4～10g/L，進一步優選為5～7.5g/L，最優選為6g/L。在本專利技術的實施例中，所述ZrCl4溶液的質量濃度具體為4.5g/L、5.5g/L、8g/L或9g/L。在本專利技術中，所述ZrCl4溶液優選在超聲攪拌的條件下得到，所述超聲攪拌的時間優選為15～30min，進一步優選為20～25min；在本專利技術中，所述超聲攪拌的頻率優選為10～15kHz，進一步優選為12～13kHz。在本專利技術中，所述ZrCl4與有機配體的摩爾比優選為(1～3)：1，進一步優選為(1.1～1.5)：1，更優本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，包括以下步驟：加熱煅燒UiO?66類金屬有機骨架材料，得到重金屬廢水處理用ZrO2；所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。

【技術特征摘要】
1.一種重金屬廢水處理用ZrO2的制備方法，包括以下步驟：加熱煅燒UiO-66類金屬有機骨架材料，得到重金屬廢水處理用ZrO2；所述煅燒溫度為600～1200℃，所述煅燒時間為2～5h。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱煅燒在保護氣氛下進行，所述保護氣氛為氮氣氣氛或惰性氣氛。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱的升溫速率為2～5℃/min；所述加熱的初始溫度為20～25℃。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的粒徑為50～100nm。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述UiO-66類金屬有機骨架材料的有機配體為對苯二甲酸、氨基對苯二甲酸和巰基對苯二甲酸一種或多種。6.根據權利要求1、4或5所述的制備方...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁琳，羅旭彪，楊家寬，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42