本发明专利技术提供在有机模板化-勃姆石-纳米结构(OTBN)上包含金属氧化物或者氢氧化物纳米级壳的吸附剂组合物。通过使用金属或者非金属离子浸渍OTBN，之后原位水解在OTBN表面上沉积的离子来制备纳米级壳。壳的厚度小于约3nm，这比OTBN芯的尺寸小。壳层数可变，因而得到多层纳米级混杂组合物。吸附剂组合物能够去除水中无机阴离子，例如氟化物，它具有增强的吸附能力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于水纯化的多层有机模板化-勃姆石-纳米结构
本公开涉及水纯化领域以及具体涉及用于水纯化的有机模板化-勃姆石-纳米结构(organic-templated-boehmite-nanoarchitecture)(OTBN)。专利技术背景获得清洁饮用水是全球一个主要健康关注问题，特别是在发展中国家和不发达国家。污染水的主要污染物包括生物(例如细菌和病毒)、无机(例如氟化物、砷、铁)和有机(例如杀虫剂、挥发性有机化合物)种类。全世界各国政府的举措继续支撑着许多工程，从而确保向各国人民提供清洁饮用水。然而，技术费用一直是主要的问题，在许多情况下，费用在可负担的限度之外，而这最终会影响贫穷国家，因为它们不能够负担清洁饮用水。通过各种源头搜集的多种统计数据发现，穷人一直忍受没法获得清洁饮用水的痛苦，这种现象非常普遍。因此，对可获得的现有技术负担能力进行改善的技术干预很重要。在改善全球人民健康上，这还要走很长的路。用于由饮用水去除无机阴离子(例如氟化物和砷酸根)的基于铝的组合物已经得到彻底的研究。相比其他吸附剂，基于铝的组合物具有相对更高的氟化物吸附能力，所以基于铝的组合物的利用与由水中吸附氟化物更为相关。而且，基于铝的组合物不需要任何另外的过滤前/后处理。迄今已然提出基于铝的组合物能力的各种改善。实际上，在现场使用的所有基于铝的组合物可频繁再生，这大大降低水纯化的费用。然而，由于在污泥中高氟化物浓度、在水中铝浸出和污泥中高度溶解的盐含量，再生常见的随后操作(即，碱处理，随后为酸化)会导致水源的第二次污染。使用基于铝的组合物去除氟化物相关的现有技术以及相关的挑战在我们之前印度专利申请1529/CHE/2010中已经详细涵盖，其全部内容以引用方式并入本文中。印度专利申请1529/CHE/2010描述在室温下生产羟基氧化铝-壳聚糖复合材料的方法。在吸附剂组合物中它有大量优势，其包括在室温下基于绿色化学制备；无粘合剂成粒；容易过滤能力/洗涤能力和容易适用于制备混合的金属氢氧化物/氧化物的能力。据报道，当供给氟化物范围为1-10mg/L时，500mg/L的吸附剂剂量足以去除氟化物浓度至0.5ppm以下。在去离子水中10mg/L的初始氟化物浓度下，羟基氧化铝-壳聚糖复合材料表现出超过53mg/g的氟化物吸附能力。由于在地下水中存在竞争性阴离子，当在地下水中供给氟化物浓度范围为1-10mg/L时，组合物的氟化物吸附能力减小，需要1.5g/L的吸附剂剂量来去除氟化物浓度至0.5ppm以下。材料费用约为350印度卢比/kg。经换算为5印度卢比/10L的材料费用(假设每户家庭需要10L的无氟饮用水/天)。而且，下列现有技术文件尝试使用基于铝和/或壳聚糖的组合物来开发各种去除氟化物的技术：1.MiretzkyP.,CirelliA.F.,Fluorideremovalfromwaterbychitosanderivativesandcomposites:Areview,JournalofFluorineChemistry132(2011)231-240；2.JagtapS.,YenkieM.K.,DasS.,RayaluS.,Synthesisandcharacterizationoflanthanumimpregnatedchitosanflakesforfluorideremovalinwater,Desalination273(2011)267-275；3.Fluorideremovalfromwaterbyadsorption—Areview,BhatnagarA.,KumarE.,MikaM.,ChemicalEngineeringJournal,171(2011)811-840；和4.LiuR.,GongW.,LanH.,GaoY.,LiuH.,QuJ.,Defluoridationbyfreshlypreparedaluminumhydroxides,175(2011)144-149。尽管现有技术方法和组合物对由水中去除氟化物很大程度上有效，但是仍然有改善的空间。例如，即使吸附剂组合物费用降低了，但是对于某些印度家庭来说还是太贵了。大体上，预期的水纯化组合物满足以下条件：首先，吸附剂组合物应当可在家庭水平下实施，即，它应当表现出高吸附动力学和低空床接触时间。其次，吸附剂组合物应当无需再生，因而不应当产生任何再度污染。第三，吸附剂组合物应当容易使用和保存，即，它应当无需任何过滤前/后处理。第四，按照去除水中氟化物的印度国家卫生基金会(IndianNationalSanitationFoundation)标准，吸附剂剂量应当能够降低任何供给浓度至10ppm以下至1ppm以下。最后但最重要的是，水纯化的费用应当不超过3印度卢比/10L的纯化水(即，应当可负担该组合物)和吸附剂的量应当不超过2-3g/10L的纯化水。鉴于上述讨论，对解决现有技术方法和组合物相关的上述问题和其他缺陷仍存在需求。通过本公开的水纯化组合物可满足这些需求以及其他需求。鉴于全球范围内氟化物的广泛污染，加之本专利技术的水纯化组合物可用于供应使用点滤水器(point-of-usewaterfilter)，它对社会健康具有重大积极作用。专利技术概要根据本专利技术的目的，如本文所实施和广泛描述，在一方面中，本公开涉及水纯化。特别地，本公开涉及在有机模板化-勃姆石-纳米结构上金属氧化物/氢氧化物的纳米级壳。本专利技术的目的是为了提供表现出高吸附动力学和低空床接触时间以及在家庭水平下容易实施的吸附复合材料。本专利技术的另一目的是为了提供无需再生因而没有再度污染的吸附复合材料。本专利技术的又一目的是为了提供容易使用和保存的吸附剂组合物，即，该吸附剂组合物应当无需过滤前/后处理。本专利技术的又一目的是为了提供能够降低任何供给浓度至10ppm以下至1ppm以下的吸附剂剂量。本专利技术的再一目的是最小化水纯化费用至小于3印度卢比/10L的纯化水，以及最小化吸附剂的量至2-3g/10L的纯化水。在一方面中，提供由水中去除氟化物的吸附剂组合物。吸附剂组合物包括在有机模板化-勃姆石-纳米结构(OTBN，称为“芯”)上的金属羟基氧化物/氢氧化物/氧化物。壳的尺寸小于约3nm，其表现出高的由水中吸附阴离子能力。通过在OTBN的表面上沉淀金属离子来制备小于约3nm尺寸的纳米级金属氢氧化物。当在壳中铝与在芯中铝的重量比(Al壳：Al芯)达到90％时，得到最高氟化物吸附能力。因此，报道相比OTBN，氟化物吸附能力改善100％。在另一方面中，当在地下水中供给氟化物浓度的范围为1-10mg/L时，需要0.75g/L的吸附剂剂量以去除氟化物浓度至0.5ppm以下。经换算为2.5印度卢比/10L水的材料费用，这导致与之前报道的组合物相比，材料费用降低50％。在一方面中，提供在OTBN(“芯”)上纳米级多层金属羟基氧化物(“壳”)的粒状复合材料。通过在OTBN上以凝胶形态形成多层来制备粒状复合材料。在另一方面中，通过在OTBN上以固体形态形成多层来制备粒状复合材料。在另一方面中，本公开提供在OTBN上制备纳米级金属氧化物/氢氧化物/羟基氧化物壳的方法。在通常方面中，本方法包括在水性介质中使金属前体接触凝胶状OTBN本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备吸附剂组合物的方法，所述方法包括：在有机模板化‑勃姆石‑纳米结构(OTBN)上形成金属羟基氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物至少一种的纳米级层，其中所述纳米级层的粒子尺寸小于约3纳米，由此所述吸附剂组合物用于去除饮用水中氟化物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.24 IN 4062/CHE/20111.一种制备吸附剂组合物的方法，所述方法包括：在有机模板化-勃姆石-纳米结构OTBN上形成金属羟基氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物至少一种的纳米级层，其中所述纳米级层的粒子尺寸小于3纳米，由此所述吸附剂组合物用于去除饮用水中氟化物和砷至少一种，其中有机模板包括生物聚合物，并且其中金属羟基氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物通过使用碱性介质水解金属前体而形成。2.权利要求1所述的方法，其中形成所述纳米级层的步骤包括：使所述金属前体接触OTBN，从而形成金属离子-OTBN络合物；和使所述金属离子-OTBN络合物接触碱，从而在所述OTBN上形成所述金属羟基氧化物、金属氢氧化物和金属氧化物至少一种的纳米级层。3.权利要求2所述的方法，进一步包括过滤和使用水洗涤形成的沉淀物。4.权利要求3所述的方法，进一步包括干燥经过滤和洗涤的所述沉淀物以去除水分，其中在低于60℃的温度下进行所述干燥，从而形成第一种材料。5.权利要求4所述的方法，其中所述干燥包括风干和晒干至少一种。6.权利要求4所述的方法，进一步包括研磨所述第一种材料，从而形成粒状形态的粒子。7.权利要求2所述的方法，其中所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水及其组合至少一种。8.权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·普拉迪普，L·安纳马莱，M·U·桑卡尔，A·乔杜里，安什普，
申请(专利权)人：印度理工学院，
类型：发明
国别省市：印度;IN
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