砷氟共除納米複合吸附劑的製作方法
2023-11-05 19:11:37
專利名稱：砷氟共除納米複合吸附劑的製作方法
技術領域：
環境科學與技術領域二、本發明的
背景技術：
砷和氟的汙染與毒害已成為世界性的問題。作為砷、氟汙染最為嚴重的國家 之一，我國新疆、山西、內蒙古、貴州等地區普遍存在高濃度砷氟水共存的現象，並因此 導致砷氟聯合中毒事件頻發。國家標準委和衛生部聯合發布的《生活飲用水衛生標準》 (GB5749-2006)中明確規定了飲用水中砷、氟的濃度應分別小於0. 01mg/L和lmg/L。目前我國農村主要採用分散式供水，由於供水規模較小致使水處理系統配置難度 加大。為了解決現有供水方式存在的弊端，研發適合農村社區和家庭的水處理工藝已迫在 眉睫。吸附法由於其成本較低、操作簡便、處理效果好，已經成為國外小型社區及家庭處理 高氟水和高砷水的最佳選擇。吸附法常用的吸附劑包括活性氧化鋁、活性炭、氧化鐵和氧化 鈦等。上述吸附材料中氧化鐵雖然可以除砷，但對氟的去除效率極低；活性炭和活性氧化鋁 可以用於砷氟共除，但吸附容量並不理想。因此，研製合成吸附效率高並且可再生的砷氟共 除複合吸附材料有著重要意義。納米TiA吸附材料對As (V)和As (III)具有高吸附容量(均大於37mg/g)，其除 砷性能優於活性氧化鋁(Al2O3) (1. 4 2. Omg/g)和E33p (氧化鐵)(約18. Omg/g)。與此同 時，TiO2能夠改善地下水的硬度，這在一定程度上可以緩解農村苦鹹水給人體健康帶來的 威脅。另有文獻報導TiO2對氟的去除率可達到90%以上。氧化鑭性能穩定，價格適中，並 能有效去除水中的氟。近來已有研究表明，在常用吸附劑如樹脂或矽膠上加載氧化鑭後，可 以顯著提高氟的吸附容量，這種複合吸附劑使用壽命長，再生簡單，不會造成二次汙染。作 為一種優質吸附劑，活性炭具有獨特的孔隙結構和表面官能團，其機械強度高，有足夠的化 學穩定性，並且可以耐酸、耐鹼、耐熱。在水處理過程中活性炭不僅能夠除臭、除味、除色度， 還可以去除OCPs(有機氯農藥)、ABS(烷基苯磺酸鈉、合成洗滌劑)等有機汙染物，目前活 性炭已成為應用廣泛的水處理吸附劑之一。本研究以活性炭為基底，利用超聲負載法將二氧化鈦和氧化鑭加載到活性炭表 面，得到一種高效的砷氟共除納米吸附材料。通過一系列實驗，研究了該吸附劑對砷、氟的 去除效果。本發明旨在為我國農村的水處理工藝提供一個可行性方案，以保障居民的飲用 水安全。三、本發明的
發明內容
通過下面的描述來闡明本發明的主要目的和本發明的特徵。本發明涉及的砷氟共 除複合吸附劑，是以活性炭為基底，在其上負載一定量的納米二氧化鈦和氧化鑭得到的復 合吸附劑。1首先對活性炭進行預處理，將過篩後的活性炭Q0-60目)在去離子水中加熱至 沸騰，該過程保持30min，冷卻後用去離子水淋洗兩到三次，於104. 5°C下烘乾備用。2稱取一定量的硫酸鈦溶解於去離子水中，製成一定濃度的硫酸鈦溶液。將經過預 處理的活性炭按一定比例加入硫酸鈦溶液中，超聲負載若干小時，於104. 5°C下烘乾得到產物1。3將產物1按比例加入到一定濃度的硝酸鑭溶液中，超聲負載若干小時，於 104.5°C下烘乾。該步驟重複數次後得到產物2。4將產物2於200°C -600°C焙燒一段時間，即得砷氟共除複合吸附劑(以下簡稱 TLA) 0
四
本發明在pH為5-8的自然水體中，具有優異的砷、氟共除性能，砷氟的飽和吸附容 量分別為37mg/g和27mg/g。為了更好的描述本發明的特徵，結合如下附圖來幫助說明吸附 劑TLA的性能。附圖1和圖2為本發明TLA分別吸附砷、氟之後的掃描電鏡照片以及能譜分析圖， 通過能譜分析，可以看出吸附劑上同時含有碳、鈦、鑭、氧等元素，這為本發明綜合應用了活 性炭、二氧化鈦和氧化鑭的優良吸附性能提供了前提條件。在吸附反應完成後，吸附劑中出 現了砷/氟的特徵峰，實驗結果表明TLA可以用於砷、氟去除。附圖3為TLA的X射線衍射圖(XRPD)。與活性炭相比，TLA的XRPD圖譜中出現了 銳鈦礦型T^2的特徵吸收峰，這進一步說明二氧化鈦的確存在於TLA中。譜圖中沒有明顯 的La吸收峰，說明鑭可能以無定形氧化鑭存在於吸附劑中。與晶體形態的氧化鑭相比，無 定形態的氧化鑭具有更大的比表面積和更多吸附位點，因此具有更強的吸附能力。附圖4是TLA與常用砷、氟吸附劑E33P和Al2O3的吸附性能比較。由圖4可以看出， 與其他兩種吸附劑相比，本發明吸附劑TLA對砷和氟的吸附效率有很大的提高。其中，TLA 對As(III)吸附率為60% 80%，最佳優選為68% ；TLA對As (V)吸附率為70% 80%， 最佳優選為78% ；TLA對As (V)吸附率為80% 90%，最佳優選為86%。附圖5是TLA的吸附動力學曲線，其中圖a為單砷單氟吸附曲線，圖b砷氟共存吸 附曲線。由圖可見，TLA對As和F的吸附過程大約15min即可平衡並達到最大吸附容量， 對砷最大吸附量約為30mg/，對氟最大吸附量約為10mg/L，在單砷單氟和砷氟共存不同條 件下吸附並無很大區別。實驗結果說明吸附反應速度快，吸附劑的性能優越。五、發明實施例下面進一步通過實施例來闡述本發明。實施例1活性炭預處理將20 60目的活性炭在離子水中煮沸0. 5h，用去離子 水淋洗後於104. 5°C烘乾備用。負載鈦稱取7. 5g硫酸鈦溶於40ml去離子水，將12g經過 預處理的活性炭加入到上述溶液，超聲負載4h得產物1 ；負載鑭稱取2. 5g La(NO3)3-BH2O 溶於40ml去離子水，將產物1加入到此硝酸鑭溶液中，超聲負載4h，此步驟重複兩次得到產 物2。將產物2在400°C下焙燒他，待冷卻後用去離子水清洗，並於104. 5°C下烘乾得到最 終產物TLA。經吸附試驗驗證將2g吸附劑TLA加入到40mL含砷7g L-I的銅礦廢水中， 充分混合Ih後，測得溶液中砷的殘餘量僅為0. 04mg L-1。實施例2負載鈦稱取15g硫酸鈦溶於80ml去離子水，再稱取24g經過預處理的 活性炭，將其加入到上述溶液，超聲負載4h得產物1 ；負載鑭稱取5g La(N03)3*6H20溶於 80ml去離子水，將產物1加入到此硝酸鑭溶液中，超聲負載4h，此步驟重複兩次得到產物2。 將產物2在450°C下焙燒6h，待冷卻後用去離子水清洗，置於104. 5°C下烘乾得到最終產物TLA。經吸附試驗得到以下數據(表1):表1.三種吸附劑對砷和氟的去除率
去除率(％)_
吸附劑 As(III) As(V) FTLA687886
E33p 25 36 6 Al2O3_13 16 11上述實施例說明，本發明合成過程簡便易行，與目前常用的吸附劑相比，本發明 TLA吸附劑對砷和氟的去除效率高，砷氟共除效果非常明顯。
權利要求
1.一種複合吸附劑，由二氧化鈦、氧化鑭和活性炭複合而成，其特徵可以同時高效地 除砷除氟。
2.如權利要求書1所述的複合吸附劑，其特徵是由下列化合物按以下質量比組成硫 酸鈦硝酸鑭活性炭=0. 625 0.21 1。
3.如權利要求書2所述的複合吸附劑，所用的硫酸鈦是用來水解合成二氧化鈦的。
4.如權利要求書2所述的複合吸附劑，所用的硝酸鑭是用來水解合成氧化鑭的。
5.如權利要求書1所述的複合吸附劑，所採用的活性炭是作為基底的，其處理方法是 優選20-60目粒狀活性炭，需要經過預處理，用去離子水煮沸30min，然後用去離子水淋洗 兩遍或三遍，在104. 5°C下烘乾。
6.如權利要求書1所述的複合吸附劑，其製作方法是先把預處理過的活性炭按比例 放入187. 5g/L的硫酸鈦溶液中，超聲負載4個小時，在104. 5°C下乾燥完成一次鈦的負載， 再放入46. 65g/L的硝酸鑭溶液中，超聲負載4個小時，在104. 5°C下乾燥，該步驟重複兩次 完成鑭的負載，最後在300°C下焙燒他得到最終產物TLA複合吸附劑。
全文摘要
本發明涉及一種可以同時去除水中砷氟的高效複合吸附劑TIA。吸附劑以活性炭為基底，其上負載了二氧化鈦和氧化鑭。吸附實驗表明TLA吸附劑具有較高的砷/氟吸附容量，其除砷性能優於活性氧化鋁和E33p(氧化鐵)。該吸附劑製備過程簡單易行，吸附性能穩定，吸附過程高效、操作簡單，同時還可再生利用，不會對環境造成二次汙染。
文檔編號B01J20/20GK102059093SQ200910223338
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者崔金立, 景傳勇, 辛琳琳 申請人:中國科學院生態環境研究中心