申请日2017.11.02
公开(公告)日2018.03.16
IPC分类号B01J20/06; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/72; C02F101/10
摘要
本发明涉及一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法及其产品和应用，将一定量的稀土金属复合铁锰氧化物分散在无水乙醇中，使其分散均匀，采用喷涂法，将一定浓度的羧甲基纤维素喷涂至泡沫金属载体上，然后再将稀土金属铁锰氧化物分散液固载至泡沫金属载体上，自然静置干燥20min后置于105℃烘箱中干燥，再经500℃焙烧2h，即可得到负载型稀土金属复合铁锰氧化物吸附剂。可有效提高水中As(Ⅲ)离子的去除率。采用液相法制备出高效吸附性能的稀土金属复合铁锰氧化物，经固定化处理，有效解决了吸附剂回收问题。
权利要求书
1.一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在磁力搅拌下，将一定量的稀土金属复合铁锰氧化物分散在无水乙醇中，使其分散均匀;采用喷涂法，将一定浓度的羧甲基纤维素喷涂至泡沫金属载体上，然后再将稀土金属铁锰氧化物分散液固载至泡沫金属载体上，自然静置干燥20min后置于105℃烘箱中干燥，再经500℃焙烧2h，即可得到负载型稀土金属复合铁锰氧化物吸附剂。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的稀土金属复合铁锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：在磁力搅拌下与一定pH条件下，按照一定的Fe：Mn摩尔比向KMnO4溶液中滴加FeSO4溶液，搅拌均匀，再向混合溶液中逐滴滴加一定比例的稀土金属硝酸盐，搅拌混合后转移至聚四氟乙烯反应釜中，于180℃下反应24h，去除上清液，用稀HNO3和去离子水进行洗涤至体系pH为中性，经干燥后可得到经稀土金属掺杂的铁锰氧化物。
3.根据权利要求1所述的用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，其特征在于，羧甲基纤维素的质量浓度为0.5~1.5%。
4.根据权利要求1所述的用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，其特征在于，泡沫金属载体为泡沫镍或泡沫铝。
5.根据权利要求2所述的稀土金属复合铁锰氧化物的制备方法，其特征在于pH为9~10，Fe：Mn摩尔比为(3~5):1。
6.根据权利要求2所述用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，其特征在于稀土金属硝酸盐是硝酸镧、硝酸铈中的一种，稀土金属硝酸盐与Mn的摩尔比为1：100。
7.一种用于水处理的除砷吸附剂，其特征在于根据权利要求1-6任一所述方法制备得到。
8.根据权利要求7所述吸附剂用于水处理除砷的应用。
说明书
用于水处理的除砷吸附剂的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明涉及一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法及其产品和应用，可有效提高对含砷废水的吸附能力，用于水污染处理领域。
背景技术
砷是一种具有类金属特征的元素，广泛分布于大气、水、土壤、岩石和生物体中。砷的化合价有三价和五价两种，三价砷的毒性更大。天然地下水和地表水都可能含有砷，除来源于地壳外，砷污染也来自农药厂、玻璃厂和矿山排水。地下水含砷量高于地表水，砷可通过呼吸道、食物或皮肤接触进入人体，在肝肾、骨骼、毛发等器官或组织内蓄积，破坏消化系统和神经系统，从而具有致癌作用。我国是砷污染严重的国家之一，特别是在贫困或经济欠发达地区，约几千万人口长期饮用砷含量超标水，直接影响到我国广大人民的生命健康安全。因此，开发具有高效、经济的除砷新材料和除砷技术尤为重要。
目前，常见的除砷方式主要包括有：混凝沉淀法、离子交换法、生物技术、吸附法等，这些方法对水中五价砷的去除效果比较好，但对于水中三价砷的去除效果较差，一般在除砷过程中，常用的方法是先将三价砷氧化为五价砷再加以去除。近年来的研究表明，铁锰氧化物对水体中砷具有良好的吸附性能，利用稀土元素可以有效提高吸附材料的孔容和比表面积，从而增强对砷的去除效果。然而现有的吸附剂往往都是粉末状，在实际应用中难以固液分离，不适用于吸附柱内使用，进而限制了吸附剂的应用范围。本专利拟通过对铁锰氧化物进行改性，并以泡沫镍作为载体，使吸附材料高度均匀分散在泡沫镍载体上，有效增大了吸附剂与三价砷的接触面积，进而提高对三价砷的吸附去除效率。
发明内容
针对现有很多吸附剂材料吸附率低、难回收、易产生二次污染等问题，本发明的目的在于：提出一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的产品。
本发明的再一目的在于：提供上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，包括以下步骤：在磁力搅拌下，将一定量的稀土金属复合铁锰氧化物分散在无水乙醇中，使其分散均匀，采用喷涂法，将一定浓度的羧甲基纤维素喷涂至泡沫金属载体上，然后再将稀土金属铁锰氧化物分散液固载至泡沫金属载体上，自然静置干燥20min后置于105℃烘箱中干燥，再经500℃焙烧2h，即可得到负载型稀土金属复合铁锰氧化物吸附剂。
本发明采用液相法制备出高效吸附性能的稀土金属复合铁锰氧化物，经固定化处理，有效解决了吸附剂回收问题，有效提高了吸附剂对含砷废水的吸附能力。
其中，所述的稀土金属复合铁锰氧化物的制备方法，包括以下步骤：在磁力搅拌下与一定pH条件下，按照一定的Fe：Mn摩尔比向KMnO4溶液中滴加FeSO4溶液，搅拌均匀，再向混合溶液中逐滴滴加一定比例的稀土金属硝酸盐，搅拌混合后转移至聚四氟乙烯反应釜中，于180℃下反应24h，去除上清液，用稀HNO3和去离子水进行洗涤至体系pH为中性，经干燥后可得到经稀土金属掺杂的铁锰氧化物。
其中，pH为9~10，Fe：Mn摩尔比为(3~5):1。
所述的稀土金属硝酸盐是硝酸镧、硝酸铈中的一种，稀土金属硝酸盐与Mn的摩尔比为1：100。
在上述方案基础上，所述的羧甲基纤维素的质量浓度为0.5~1.5%。
所述的泡沫金属载体为泡沫镍或泡沫铝。
pH为9~10，Fe：Mn摩尔比为(3~5):1。
本发明提供一种用于水处理的除砷吸附剂，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种吸附剂用于水处理除砷的应用。
高效稀土金属复合铁氧化合物的吸附性能评价在烧杯中进行，将负载型稀土金属复合铁氧化合物置于10mg/L的As(Ⅲ)溶液中，在恒温振荡器上震荡2h，吸附反应完后计算As(Ⅲ)的去除率。
本发明具有如下优点：
(1)本专利提出的一种用于水处理的除砷吸附剂的制备方法，首先利用吸附颗粒中的二氧化锰将三价砷氧化成五价砷，吸附颗粒表面产生大量新的活性吸附位，氧化生成的五价砷被不断吸附，可使砷酸根直接与吸附颗粒表面上羟基发生配位交换反应，形成稳定的内层表面络合物，从而有效去除水中As离子。
(2)本发明提出的稀土金属复合铁氧化物吸附剂，通过对铁锰氧化物进行稀土元素掺杂改性，可使铁锰氧化物的比表面积和孔隙率得到大大提高，进而提高对水中As(Ⅲ)的吸附能力。
(3)本发明中采用泡沫镍对稀土金属复合铁氧化物吸附材料进行固定化处理，利用泡沫镍的高比面积大大提升了对稀土金属复合铁氧化物的负载率，而且泡沫镍载体还有效地增大了与水中砷离子的接触面积，有效提高了吸附材料的吸附性能。该吸附剂的制备工艺简单，成本低廉，可有效解决吸附剂回收问题，无二次污染。
通过对吸附剂进行稀土金属元素掺杂改性，有效提高了铁锰氧化物的比表面积和孔隙率;利用吸附颗粒中的二氧化锰将三价砷氧化成五价砷，使吸附颗粒表面产生大量新的活性吸附位，氧化生成的五价砷被不断吸附，砷酸根直接与吸附颗粒表面上羟基发生配位交换反应，形成稳定的内层表面络合物，从而有效去除水中As离子。同时结合泡沫镍的高比面积，有效提高了对吸附材料的负载率，进而提高了水中As(Ⅲ)离子的吸附率。本发明涉及的除砷吸附剂的制备工艺简单、成本低廉、吸附容量大，在含砷废水处理中具有良好的应用前景。可有效提高水中As(Ⅲ)离子的去除率。采用液相法制备出高效吸附性能的稀土金属复合铁锰氧化物，经固定化处理，有效解决了吸附剂回收问题。
