本發(fā)明涉及環(huán)境功能材料和水處理，具體涉及的是一種混合相二硒化鉬吸附材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鉛是一種有毒重金屬，含鉛產(chǎn)品的使用和工業(yè)生產(chǎn)（如電池、礦采冶煉、光伏技術(shù)等）引發(fā)了自然水資源（地表水、地下水、飲用水等）和工業(yè)廢水中的鉛污染問題。特別是含鉛材料的老化（如供水管網(wǎng)、焊料等）導(dǎo)致許多地區(qū)難以獲得清潔用水。鉛具有生物累積性和神經(jīng)毒性，其在水體中的賦存和長(zhǎng)期暴露對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成嚴(yán)重危害，因此對(duì)水體中鉛的去除具有重要意義。

2、水體中鉛離子的去除技術(shù)主要有離子交換、膜分離、吸附法和電化學(xué)處理等。其中，吸附法因成本低和操作簡(jiǎn)單得到了人們的廣泛關(guān)注。對(duì)于鉛離子的吸附去除，構(gòu)建高效的吸附材料尤為關(guān)鍵，主要的性能指標(biāo)包括吸附動(dòng)力學(xué)、吸附容量和選擇性。二硒化鉬是一種二維過渡金屬硫族化合物材料。有研究表明硫族元素對(duì)于重金屬具有較強(qiáng)的親和力，其中硒與鉛可能有更強(qiáng)的結(jié)合能力。然而，二硒化鉬的鉛吸附能力與表面的活性位點(diǎn)直接相關(guān)。常規(guī)的塊體二硒化鉬材料由半導(dǎo)體相（2h相）組成，惰性表面導(dǎo)致其活性位點(diǎn)數(shù)量有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種混合相二硒化鉬吸附材料及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明的吸附材料提高了二硒化鉬對(duì)鉛離子的吸附性能，實(shí)現(xiàn)了水體中鉛離子的高選擇性去除。

2、本發(fā)明首先提供了一種混合相二硒化鉬吸附材料，其由金屬相（1t相）和半導(dǎo)體相（2h相）兩相組成，其中1t相為主要晶相，二硒化鉬形態(tài)為納米片層結(jié)構(gòu)。

3、上述的混合相二硒化鉬吸附材料中，二硒化鉬納米片的尺寸為50~200nm；優(yōu)選50~100nm。

4、上述的混合相二硒化鉬吸附材料中，以所述混合相二硒化鉬吸附材料的總質(zhì)量計(jì)，所述1t相的質(zhì)量百分含量為40~80%，優(yōu)選為70~80%。

5、本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述混合相二硒化鉬吸附材料的制備方法，包括如下步驟：將na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4分散于無(wú)水乙醇和水的混合物中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，得到所述混合相二硒化鉬吸附材料；其中，所述na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4的質(zhì)量比為1:0.6~0.7:0.3~0.7。

6、上述的制備方法具體包括如下步驟：將na2moo4·2h2o和硒粉置于無(wú)水乙醇和水的混合物中，加入nabh4進(jìn)行分散溶解；然后進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，得到所述混合相二硒化鉬吸附材料；

7、具體的，所述分散溶解的時(shí)間為30~40min；可通過機(jī)械攪拌或超聲波進(jìn)行分散溶解。

8、上述的制備方法中，所述na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4的質(zhì)量比為1:0.6~0.7:0.63；更具體可為1:0.65:0.63、1:0.65:0.32或1:0.65:0.48。

9、上述的制備方法中，所述無(wú)水乙醇和水的體積比為0.8~1.2:1，具體可為1:1；

10、所述na2moo4·2h2o與無(wú)水乙醇和水的混合物的質(zhì)量體積比為8~9mg/ml。

11、上述的制備方法中，所述溶劑熱反應(yīng)的溫度為160~180℃，具體可為180℃；時(shí)間為18~24h，具體可為24h。

12、上述的制備方法在所述溶劑熱反應(yīng)結(jié)束后，還包括依次對(duì)固體進(jìn)行清洗和真空干燥的步驟；具體的，所述清洗采用水和無(wú)水乙醇依次進(jìn)行；所述真空干燥的溫度為50~70℃，時(shí)間為10~15h；更為具體的，所述真空干燥的溫度為60℃，時(shí)間為12h。

13、上述混合相二硒化鉬吸附材料在去除水體中鉛離子中的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

14、最后，本發(fā)明提供了一種去除水體中鉛離子的方法，包括如下步驟：將上述的混合相二硒化鉬吸附材料分散于待處理的水體中，經(jīng)吸附平衡后進(jìn)行分離。

15、上述的方法中，在振蕩的條件下進(jìn)行吸附；

16、所述吸附的時(shí)間為2~60min，具體可為2~15min或8~15min；

17、所述混合相二硒化鉬吸附材料與所述水體中鉛離子的質(zhì)量比為1:0.025~1.5，具體可為1:0.025~0.5；

18、所述水體中鉛離子的濃度為5~300mg/l，具體可為5mg/l或20mg/l；

19、所述水體為去離子水、天然水體或工業(yè)廢水。

20、上述的方法中，所述水體中還可含有錳離子、鎳離子、鋅離子、鎘離子和銅離子中的至少一種；具體的，所述各離子的濃度為10~50mg/l；具體可為20mg/l。

21、上述的方法中，所述水體的ph值為4~7。

22、常規(guī)的二硒化鉬材料由半導(dǎo)體2h相組成，2h相具有天然穩(wěn)定存在的優(yōu)勢(shì)，但往往活性低、吸附容量差、動(dòng)力學(xué)過程緩慢。而本發(fā)明所提供的混合相二硒化鉬吸附材料與常規(guī)二硒化鉬材料明顯不同，1t相和2h相混合相二硒化鉬結(jié)合了兩相各自的優(yōu)勢(shì)，在確保材料的穩(wěn)定性同時(shí)，通過提高1t相含量（從14%升高至77%）改善了二硒化鉬材料的反應(yīng)活性和吸附性能，充分暴露了材料表面的吸附活性位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了水中鉛離子的快速、高效高選擇性去除。

23、與常規(guī)二硒化鉬材料相比，本發(fā)明混合相二硒化鉬吸附材料的制備方法和結(jié)構(gòu)形態(tài)均存在不同。本發(fā)明以nabh4作為電子供體，通過提高nabh4用量降低二硒化鉬中1t相的形成能，構(gòu)建出了具有高1t相含量的二硒化鉬材料。

24、本發(fā)明混合相二硒化鉬吸附材料在吸附鉛離子時(shí)具有吸附速度快且材料用量少、吸附容量高、選擇性好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在自然水體及工業(yè)廢水中的應(yīng)用效果好，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

25、本發(fā)明提供的混合相二硒化鉬吸附材料在吸附去除水中鉛離子方面的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在如下方面：

26、1）吸附速度快且材料用量少：使用0.1g/l的吸附劑時(shí)，10min內(nèi)對(duì)20mg/l的鉛離子去除率達(dá)99%以上；相比于商業(yè)塊狀二硒化鉬材料和合成的2h相為主的二硒化鉬材料，本發(fā)明中1t相為主的二硒化鉬吸附材料吸附動(dòng)力學(xué)過程顯著加速，這主要與1t相的二硒化鉬促進(jìn)了電荷遷移和表面活性位點(diǎn)的暴露有關(guān)；

27、2）吸附容量高：對(duì)鉛離子的吸附容量可達(dá)945.2mg/g，高于絕大部分金屬納米吸附劑；

28、3）選擇性好：本發(fā)明中1t相為主的二硒化鉬吸附材料對(duì)鉛離子的去除率可達(dá)99%以上，而對(duì)錳、鎳、鋅、鎘、銅這五種常見工業(yè)廢水中重金屬離子的去除率較低或幾乎不吸附；相比于其他五種金屬，該材料對(duì)鉛離子的分配系數(shù)要高出4~5個(gè)數(shù)量級(jí)；

29、4）實(shí)際應(yīng)用潛力大：對(duì)自來水、湖水、地下水、海水和燃煤電廠廢水中濃度為5mg/l的鉛離子去除率可達(dá)99%以上，可應(yīng)用于實(shí)際含鉛廢水的修復(fù)。

技術(shù)特征：

1.一種混合相二硒化鉬吸附材料，其特征在于：所述混合相二硒化鉬吸附材料由金屬相（1t相）和半導(dǎo)體相（2h相）兩相組成，其中1t相為主要晶相，二硒化鉬形態(tài)為納米片層結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合相二硒化鉬吸附材料，其特征在于：二硒化鉬納米片的尺寸為50~200nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合相二硒化鉬吸附材料，其特征在于：以所述混合相二硒化鉬吸附材料的總質(zhì)量計(jì)，所述1t相的質(zhì)量百分含量為40~80%，優(yōu)選為70~80%。

4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述混合相二硒化鉬吸附材料的制備方法，包括如下步驟：將na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4分散于無(wú)水乙醇和水的混合物中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，得到所述混合相二硒化鉬吸附材料；其中，所述na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4的質(zhì)量比為1:0.6~0.7:0.3~0.7。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述na2moo4·2h2o、硒粉和nabh4的質(zhì)量比為1:0.6~0.7:0.63。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于：所述無(wú)水乙醇和水的體積比為0.8~1.2:1；

7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于：所述溶劑熱反應(yīng)的溫度為160~180℃，時(shí)間為18~24h。

8.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述混合相二硒化鉬吸附材料在去除水體中鉛離子中的應(yīng)用。

9.一種去除水體中鉛離子的方法，包括如下步驟：將權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的混合相二硒化鉬吸附材料分散于待處理的水體中，經(jīng)吸附平衡后進(jìn)行分離。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述吸附的時(shí)間為2~60min；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種混合相二硒化鉬吸附材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于環(huán)境功能材料和水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的混合相二硒化鉬吸附材料由金屬相（1T相）和半導(dǎo)體相（2H相）兩相組成，其中1T相為主要晶相，二硒化鉬形態(tài)為納米片層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明首次以NaBH<subgt;4</subgt;作為電子供體，調(diào)控二硒化鉬中1T相的含量，簡(jiǎn)單可控的構(gòu)建出具有高1T相比例的二硒化鉬納米材料；本發(fā)明的混合相二硒化鉬吸附材料在吸附去除水中鉛離子方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，其吸附速度快且材料用量少、吸附容量高、具有極高的選擇性，同時(shí)在自然水體及工業(yè)廢水中也有非常好的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：史建波,李詩(shī)宇,陰永光,胡立剛,江桂斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19