高效除砷的鈦-稀土複合吸附劑的製備方法

2023-11-30 11:33:51 1

專利名稱：高效除砷的鈦-稀土複合吸附劑的製備方法
技術領域：
本發明屬於水處理技術領域，特別涉及一種可以用來吸附去除飲用水中有 害汙染物砷的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法。
背景技術：
砷及其化合物會引起生物和人類急性或慢性砷中毒，嚴重危害健康。砷汙 染的地下水是全球性問題，分布範圍廣，危害嚴重，目前是環境領域急需解決 的問題。在眾多飲用水除砷技術中，吸附法是一種較為成熟且簡單易行的處理 技術，適用於砷含量低的地下水，特別適合在偏遠農村使用。
在吸附法除砷工藝中，常用活性氧化鋁作為吸附劑，但活性氧化鋁最佳適
用pH範圍窄，吸附能力較低，而且鋁離子易於溶出，造成二次汙染。因此，國 內外學者對非鋁的礦物吸附劑展開了大量研究，例如鐵(氫)氧化物，複合金屬 吸附劑等，這些吸附劑各有優點。目前研究的除砷吸附劑普遍存在吸附三價砷 的能力不強，往往需要先將三價砷氧化為五價砷，再用吸附法去除，這樣就增 加了成本。因此，研究能同時去除三價砷和五價砷的高效吸附劑是國內外的研 究熱點。近年來，研究表明純二氧化鈦在光照條件下能將三價砷氧化為五價砷， 因此在砷汙染處理領域顯示出很好的應用潛力。雖然純二氧化鈦對砷具有一定 的吸附能力，但不夠理想，通過改性可能進一步提高其吸附砷的能力。

發明內容
針對現有吸附劑除砷的吸附量不高的問題，本發明的目的在於提出一種高 效除砷的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法，通過鈦鹽和稀土鹽在高分子有機物 存在下先水解後沉澱製成，具有製備簡單，吸附容量高，適用pH範圍寬，容易 再生，性能穩定，吸附劑顆粒機械強度大的優點。
本發明的技術方案是這樣實現的
一種高效除砷的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法，以鈦鹽和稀土鹽為原料，
鈦鹽和稀土鹽的摩爾比為1:4 10:1，在高分子有機物存在條件下，6(TC 100 "C加熱至完全水解，然後調溶液pH至中性，生成沉澱，對沉澱產物進行水洗， 5(TC 12(TC乾燥至恆重後即可。
所述的鈦鹽為硫酸鈦或四氯化鈦。
所述的稀土鹽為硝酸鈰、硫酸鈰、氯化鑭或硝酸鑭。
所述的高分子有機物為聚乙烯醇或羥乙基纖維素。
硫酸鈦的摩爾濃度為0. 1 0.4 mol/L，稀土鹽的摩爾濃度為0.01 0.8mol/L，高分子有機物佔整個反應體系的質量百分比為0. 096 % 0. 32 % 。
上述方法製備的高效除砷的鈦一稀土複合吸附劑由納米級的鈦和稀土複合 氧化物顆粒聚集而成，含有的高分子有機物增加了顆粒吸附劑的機械強度。
本發明所述的高效鈦一稀土吸附劑適用於去除水中的三價砷和五價砷。
本發明與現有的技術相比，具有以下優點
將稀土元素和鈦元素進行摻雜，可以顯著提高二氧化鈦吸附劑的吸附除砷 能力。鈦為納米級的無定形態和銳鈦礦二氧化鈦顆粒，有較大的比表面積，而 ，土元素對陰離子有較強的親和力，二者摻雜使得所研製的吸附劑的吸附容量
本發明的吸附劑通過簡單的水解和沉澱製得，烘乾溫度低於120°C，因此 本發明具有工藝簡單，操作方便的優點。該吸附劑對五價砷和三價砷的吸附量 明顯優於常用的活性氧化鋁，常溫下在pH 4 8都有較高的吸附量，具有適用 PH範圍寬，容易再生，可重複多次使用等特點。
具體實施例方式
實施例1
分別配製硝酸鈰，硫酸鈦和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸鈦和硝酸鈽的 摩爾濃度分別為0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇(PVA)佔整個反應體系的質量百 分比為O. 16%,在聚乙烯醇(PVA)存在條件下，80。C加熱水解2h，然後調溶 液pH至中性，生成沉澱，對沉澱產物進行水洗，IO(TC乾燥至恆重後，即獲得 鈦—鈰複合吸附劑試樣l。
將試樣1的粉末吸附劑用於吸附五價砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的試樣1，在溫度為25°C， pH 6.5，轉速150 r/min，初始砷濃度為5 mg/L條 件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為40.6mg/g，是商品活性氧化鋁和純 二氧化鈦在同樣條件下吸附量的3. 2倍和2倍。
將試樣1的粉末吸附劑用於吸附三價砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的試樣l，在溫度為25。C， pH 6.5，轉速150 r/min，初始砷濃度為5 mg/L條 件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為34. lmg/g，為商品活性氧化鋁和二 氧化鈦在同樣條件下吸附量的14. 5倍和1. 9倍。
實施例2
分別配製氯化鑭，硫酸鈦和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸鈦和氯化鑭的 摩爾濃度分別為0.4和0.05mol/L，聚乙烯醇(PVA)佔整個反應體系的質量百 分比為0. 16% ，按照實施例1方法製得鈦一鑭複合吸附劑試樣2。
將試樣2的粉末吸附劑用於吸附五價砷。在100 mL砷溶液中加入0. Olg的 試樣2，在溫度為25°C， pH 6. 5，轉速150 r/min，初始砷濃度為5 mg/L條件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為41.6mg/g，為對照組商用活性氧化鋁 和純二氧化鈦在同樣條件下吸附量的3. 3倍和2. 1倍。
實施例3
以硫酸鈰，四氯化鈦和羥乙基纖維素為原料，四氯化鈦和硫酸鈰的摩爾濃度 分別為0.2和0.8 mol/L，羥乙基纖維素佔整個反應體系的質量^"分比為 0.16%，在羥乙基纖維素存在條件下，6(TC水解2h，然後調溶液pH至中性， 生成沉澱，對沉澱產物進行水洗，5(TC乾燥至恆重後，即獲得鈦一鈰複合吸附 劑試樣3。
將試樣3的粉末吸附劑用於吸附五價砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的試樣3，在溫度為25。C， pH 6.5，轉速150 r/min，初始砷濃度為5 mg/L條 件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為31.2 mg/g。
實施例4
分別配製硝酸鑭，硫酸鈦和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸鈦和硝酸鑭的 摩爾濃度分別為O. l和0.01mol/L，聚乙烯醇(PVA)佔整個反應體系的質量百 分比為0.096%，在聚乙烯醇(PVA)存在條件下，10(TC加熱水解2h，然後調 溶液pH至中性，生成沉澱，對沉澱產物進行水洗，12(TC乾燥至恆重後，製得 鈦一鑭複合吸附劑試樣4。
將試樣4的粉末吸附劑用於吸附五價砷。在100 mL砷溶液中加入0.01 g 的試樣4，在溫度為25。C， pH 6.5，轉速150 r/min，初始砷濃度為5 mg/L條 件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為35.7 mg/g。
實施例5
分別製備硝酸鈰，硫酸鈦和聚乙烯醇(PVA)的水溶液，硫酸鈦和硝酸鈰的 摩爾濃度分別為0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇(PVA)佔整個反應體系的質量百 分比為0. 32%,按照實施例1方法製得鈦一鈰複合吸附劑試樣5。
將試樣5的顆粒(0. 16 0.28 mm)吸附劑用於五價砷的吸附。在100 mL 砷溶液中加入0.01 g的試樣5，在溫度為25"C， pH 6.5，轉速150 r/min，初 始砷濃度為5 mg/L條件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為25.9 mg/g。
將試樣5的顆粒(0. 16 0.28 mm)用於三價砷吸附。在100 mL砷溶液中 加入0. 01 g的試樣5，在溫度為25°C， pH 6. 5，轉速150 r/min，初始砷濃度 為5 mg/L條件下進行吸附實驗，吸附平衡後的吸附量為23. 1 mg/g。
實施例6
取吸附劑試樣1在實施例1的吸附條件下進行5個周期的五價砷吸附-再生 循環實驗，再生採用0.5 mol/L Na0H溶液。結果表明前兩個周期吸附容量略有 降低，後三個周期吸附容量穩定，為原始吸附量的80%，重複使用效果好。
權利要求
1、一種高效除砷的鈦-稀土複合吸附劑的製備方法，其特徵在於，以鈦鹽和稀土鹽為原料，鈦鹽和稀土鹽的摩爾比為1∶4～10∶1，在高分子有機物存在條件下，60℃～100℃加熱至水解完全，然後調溶液pH至中性，生成沉澱，對沉澱產物進行水洗，50℃～120℃乾燥至恆重後即可。
2、 如權利要求1所述的鈦—稀土複合吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述的鈦鹽為硫酸鈦或四氯化鈦。
3、 如權利要求1所述的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述的稀土鹽為硝酸鈰、硫酸鈰、氯化鑭或硝酸鑭。
4、 如權利要求1所述的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法，其特徵在於，所述的高分子有機物為聚乙烯醇或羥乙基纖維素。
5、 如權利要求1所述的鈦一稀土複合吸附劑的製備方法，其特徵在於，鈦鹽的摩爾濃度為0. 1 0.4 mol/L，稀土鹽的摩爾濃度為0.01 0.8 mol/L，高分子有機物佔整個反應體系的質量百分比為0. 096% 0. 32%。
全文摘要
一種可同時去除水中三價砷和五價砷的高效鈦—稀土複合吸附劑的製備方法，以鈦鹽和稀土鹽為原料，鈦鹽和稀土鹽的摩爾比為1∶4～10∶1，在高分子有機物存在條件下，60℃～100℃加熱至水解完全，然後調溶液pH至中性，生成沉澱，對沉澱產物進行水洗，50℃～120℃乾燥至恆重後即可；對五價砷的吸附量為傳統活性氧化鋁的3倍以上，吸附三價砷比活性氧化鋁的吸附量高10倍以上，具有吸附容量高、適用pH範圍寬、性能穩定、容易再生等特點，在飲用水除砷中有很好的應用前景。
文檔編號B01J20/06GK101648130SQ200910022789
公開日2010年2月17日 申請日期2009年6月2日 優先權日2009年6月2日
發明者剛 餘, 李志建, 鄧述波, 俊 黃 申請人:清華大學