一種羥基鐵包覆型除砷材料的製備技術的製作方法

2023-09-17 12:36:30

專利名稱：一種羥基鐵包覆型除砷材料的製備技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境保護領域，特別涉及一種羥基鐵包覆型除砷材料的製備技術，可用以製備結構穩定、吸附性能優良的羥基鐵包覆型除砷材料，用以去除水中砷。
背景技術：
砷化物從被發現以來就以其毒性而聞名。水中砷汙染可嚴重威脅接觸人群的呼吸、消化、心血管、神經、泌尿、造血等多個系統，甚至威脅生命。吸附法是簡單易行的砷去除技術，適用面廣、使用工藝多樣，能處理複雜水環境的砷汙染。吸附法是以具有高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理吸附作用、化學吸附作用或離子交換作用等機制將水中的砷汙染物固定在自身的表面上，進而實現水中砷汙染的去除。吸附床或吸附塔中填裝吸附劑是一種應用範圍廣、處理效率高、工藝簡單的實用水處理工藝。吸附床或吸附塔工藝對裝填吸附劑有兩方面的技術要求，一方面為具有高效的汙染吸附能力，另一方面為具有一定的粒度，以獲得一定的床(塔)內水流通路，進而控制吸附床/塔前後的水頭損失。目前已有大量關於高效砷吸附劑的研究工作，其中，羥基鐵(FeOOH，FeO(OH) · H2O 或狗(0!1)3)作為一類高活性廉價砷吸附材料引起廣泛關注。自然界中羥基鐵常以無定形態、針鐵礦(goethite)、纖鐵礦(1印idocrocite)、大方纖鐵礦(feroxyhyte)等形式存在。 羥基鐵的羥基基團較為活躍，易於被砷化物取代，進而形成穩定的砷酸鐵化合物。通過上述作用，羥基鐵吸附劑可高效富集水中的砷化物。為了使羥基鐵能夠應用於實際水處理工業中，目前已有大量工作涉及粒狀羥基鐵除砷劑的研製和應用。粒狀羥基鐵除砷劑一方面能夠高效吸附水中砷汙染，另一方面可滿足過濾工藝對水頭損失的要求。然而，已有報導顯示粒狀羥基鐵除砷劑經過長期使用後容易破碎，從而限制了粒狀羥基鐵在吸附去除砷汙染領域中的應用。羥基鐵包覆型除砷材料是通過物理及化學手段將羥基鐵活性成分包覆於硬質基質表面，一方面可使羥基鐵活性組分充分接觸來水，降低無效羥基鐵組分的比例，進而降低成本；另一方面可強化除砷劑的物理穩定性，使之不易破碎，延長吸附劑的使用時間。目前已有研究利用沉積法製備羥基鐵包覆型砷吸附劑的製備工藝，其工藝路線總體可分為以下幾步1)將基質浸泡於鐵鹽溶液中，幻通過調節溶液酸鹼環境使鐵鹽生成羥基鐵沉澱附著於基質表面，；3)通過物理或化學手段穩定羥基鐵的礦物形態，4)採用水洗法清除基質附著不穩的羥基鐵組分，5)乾燥後得成品羥基鐵包覆型除砷材料。本專利涉及一種新型羥基鐵包覆型除砷材料的製備方法，與傳統沉積法不同，本發明利用粘合劑組分將羥基鐵粉末均勻包覆於基質表面。本專利製備的新型羥基鐵包覆型除砷材料除了具備傳統包覆型吸附劑的高吸附能力，不易破碎等優勢，還具備以下技術優勢1)本發明製備的羥基鐵包覆型砷吸附劑可適用於較為複雜的水流環境。羥基鐵組分與基質結合緊密，不易脫落。
2)經本發明製備的羥基鐵包覆型砷吸附劑處理後，出水澄清透明，無鐵鹽用於水處理常見的出水發黃現象。3)本發明涉及的羥基鐵包覆型砷吸附劑的製備工藝可製備外形規則統一，粒徑均一的包覆型砷吸附劑，進而較好地滿足吸附設備對填料的尺寸要求。4)本發明羥基鐵包覆型砷吸附劑的製備工藝簡單，所需設備投資小，生產過程中羥基鐵的利用率高，生產工藝中無需大量清洗水。因此，本發明涉及的羥基鐵包覆型除砷材料可以更好的適應實際生產和水中砷汙染去除。

發明內容
本發明的目的在於提供一種性能穩定、生產簡便的羥基鐵包覆型砷吸附劑的製備方法。本發明的主要技術內容在於向待包覆基質中逐漸加入羥基鐵粉末和粘合劑組分，在加藥過程中通過機械力使羥基鐵/粘合劑混合物充分混合，並均勻覆蓋於基質表面。 待粘合劑溶劑揮發後即得成品羥基鐵包覆型砷吸附劑。本發明採用的羥基鐵粉末可以通過鐵鹽鹼性條件沉澱、粉碎、洗滌、烘乾自行製備，也可購買商品氫氧化鐵。羥基鐵粉末的粒徑為100-200目，粒徑愈小羥基鐵粉末與待包覆基質的結合愈均勻，所得成品結構更穩定。本發明涉及的羥基鐵粉末的加入方式為，可通過粉末泵、傳輸帶等機械方式逐步加入，也可通過人工分批次加入。羥基鐵粉末的加入量為，可加入待包覆基質質量5-30%的羥基鐵粉末。羥基鐵過少影響產品的砷吸附能力，羥基鐵過多影響產品的物理穩定性。本專利採用的粘合劑組分可以為多種耐水膠，溶於乙醇、丙酮等有機溶劑後通過霧化噴灑方式投加。粘合劑組分的投加量為，可加入羥基鐵粉末投加質量的5-20%。粘合劑組分過少影響產品的穩定性，粘合劑組分過多可導致產品結塊且影響砷去除能力。本專利涉及的待包覆基質可以為石英砂、瓷砂濾料、碎石等多種廉價硬質材料，並可根據水處理要求選用不同形狀、不同大小的基質材料。本專利所述的機械力混合可通過球形造粒機、攪拌機等機械設備實現。通過基質之間的互相碰撞與摩擦實現羥基鐵粉末在基質表面的均勻分布。本專利所述的羥基鐵包覆型砷吸附劑成品形成工藝，可以將已包覆羥基鐵的基質自機械攪拌設備中移出，平鋪後將有機溶劑自然風乾或加熱150°C以下快速乾燥。


附圖1是本發明羥基鐵包覆型除砷吸附劑的生產工藝流程示意圖。圖中在混合設備運轉條件下，第1步一次性向混合設備中加入待包覆基質，第2 步加入少量羥基鐵粉末，同時噴灑投加粘合劑溶液，反覆投加羥基鐵粉末和粘合劑溶液直至試劑投加完畢。第3步混合設備出料經過自然風乾或低溫乾燥後即得成品羥基鐵包覆型除砷吸附劑。
具體實施方式
下面結合本發明羥基鐵包覆型砷吸附劑的製備方法及工藝實例，說明本發明的具體實施方式
。實例1開啟圓盤造粒機，將30kg石英砂加入圓盤造粒機後，加入500g羥基鐵粉末，其後向圓盤造粒機中噴霧投加含量為30%的粘合劑乙醇溶液300g。待圓盤造粒機運轉1-2分鐘後再次投加500g羥基鐵粉末和噴霧投加300g粘合劑溶液，如此循環加藥六次後，圓盤造粒機出料平鋪風乾M小時後即得含羥基鐵10%的羥基鐵包覆型砷吸附劑。實例2開啟原料攪拌機，將30kg球狀瓷砂濾料加入原料攪拌機後，加入400g羥基鐵粉末。其後向原料攪拌機中噴霧投加含量為20%的粘合劑丙酮溶液300g。待原料攪拌機運轉3-4分鐘後再次投加400g羥基鐵粉末和噴霧投加300g粘合劑溶液，如此循環加藥六次後，原料攪拌機出料置於100°C低溫乾燥機中烘乾3小時，即得含羥基鐵8%的羥基鐵包覆型砷吸附劑。
權利要求
1.一種羥基鐵包覆型除砷材料的製備技術，其特徵在於通過粘合劑溶液將羥基鐵粉末附著於基質表面，在機械攪拌條件下實現基質的互相摩擦和碰撞，進而實現羥基鐵粉末和粘合劑溶液在基質表面均勻分布；待粘合劑溶液的溶劑組分揮發後，實現羥基鐵粉末牢固包覆於基質表面，製得羥基鐵包覆型砷吸附劑。
2.根據權利要求1所述的機械攪拌過程，可以通過圓盤造粒機、混凝土攪拌機、原漿攪拌機等機械設備實現。
3.根據權利要求1所示的基質顆粒，其特徵為可以是石英砂、瓷砂、水泥等硬質顆粒， 其直徑可以為0. 5-5mm。
4.根據權利要求1所述的羥基鐵粉末，其特徵為可以是無定形態、針鐵礦、纖鐵礦、大方纖鐵礦等礦物形態的羥基鐵，其粒徑可以為100-200目的粉末。
5.根據權利要求1所述的粘合劑溶液，其特徵為將脂類、胺類、橡膠類等粘合劑溶於醇類、酮類等易揮發溶劑中，從而製備上述粘合劑溶液。
6.根據權利要求1所述的粘合劑溶液的溶劑組分揮發過程，其特徵在於通過自然風乾或低溫乾燥實現溶劑揮發。
全文摘要
本發明涉及一種羥基鐵包覆型除砷材料的製備技術。在機械攪拌，基質顆粒互相碰撞摩擦的生產條件下，通過噴霧投加粘合劑溶液，將羥基鐵粉末均勻附著於基質顆粒表面。其後通過自然風乾或低溫烘乾將粘結劑溶液中的溶劑組分揮幹，實現羥基鐵粉末穩定包覆於基質顆粒表面。該方法可製備羥基鐵含量3-20％的羥基鐵包覆砷吸附材料。該法製備的羥基鐵包覆型砷吸附材料結構穩定，不易破碎，羥基鐵不易脫落，出水澄清，且可於複雜水流環境中使用。
文檔編號C02F1/28GK102380342SQ20101027166
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者彭先佳, 李亦然, 欒兆坤, 賈智萍 申請人:中國科學院生態環境研究中心