[發明專利]一種負載型飲用水除砷納米吸附劑的制備方法

無效

• 申請號: 200710012160.8
• 申請日: 2007-07-18
• 公開（公告）號: CN101347717A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 賈永鋒;朱慧杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/32;C02F1/28
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及飲用水中砷的去除，具體地說是一種負載型飲用水除砷納米吸附劑的制備方法。

背景技術

砷是劇毒元素之一，近年來地下水砷的污染已經引起人們廣泛的關注。我國的臺灣、新疆和內蒙古等地區地下水砷含量嚴重超標，砷含量最高可達2000μg·L^-1；國際上地下水砷污染嚴重的國家有印度、孟加拉國、越南、阿根廷、智利、墨西哥、匈牙利等。長期的砷暴露可引起皮膚、肺、肝、腎和膀胱的癌變。世界衛生組織1993年重新修訂飲用水砷的最高允許濃度，確定為10μg·L^-1。歐盟和美國已經重新制定了飲用水砷含量標準，飲用水砷的最高允許濃度從50μg·L^-1下降至10μg·L^-1。新的衛生標準對砷的去除和工藝提出了更高要求。

現有除砷吸附劑主要有天然吸附劑(及其改性產物)和人工合成吸附劑。天然吸附劑具有造價低廉，綠色環保等優點，但因其吸附容量小而使其應用受到一定限制。人工合成的吸附劑種類較多，與天然吸附劑相比，它的吸附容量較大，但總體造價比天然吸附劑要高很多。有些吸附劑為提高吸附性能而摻入了稀有元素或者過渡元素，這不但增加了成本，而且稀有元素和過渡元素的健康風險還有待進一步評估。

發明內容

本發明針對現有吸附劑的缺點，研制出成本相對低廉，吸附性能較高的綠色環保吸附劑。吸附劑僅含有碳、鐵、氧三種常見元素，不含貴重金屬元素或者過渡(稀有)元素，對人體健康沒有健康風險。

針對砷的理化特性，結合地下水成分復雜的難點，本發明提供一種負載型飲用水除砷納米吸附劑的制備方法，利用納米鐵具有比表面積大、活性高等特點，把納米鐵負載到活性炭的表面及內部，不僅可以有效克服納米材料易團聚的缺點，而且克服了納米材料因尺寸小而流失率高的缺點，在飲用水砷污染修復領域具有獨特的優勢和很好的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種負載型飲用水除砷納米吸附劑的制備方法，可按如下步驟操作：

①選取孔體積為0.100-0.500cm³/g的市售活性炭材料，能夠使納米鐵部分(10-55％)能夠部分進入到活性炭內部；

②先用可溶性鐵鹽溶液浸泡活性炭10-120分鐘，活性炭與可溶性鐵鹽溶液的體積比為5∶1---20∶1；

③為防止生成的鐵單質顆粒過大，在鐵鹽溶液中加入醇溶液作為分散劑；用分散劑控制生成的鐵微粒粒徑為10-100nm；分散劑與可溶性鐵鹽溶液的體積比為0.5∶1---5∶1；

④在室溫惰性氣體保護下，用濃度0.01-0.28M的強還原劑硼氫化鉀或硼氫化鈉滴定鐵鹽，滴定速度為0.1-5毫升/分鐘，惰性氣體(流速10-200毫升/分鐘)保護，攪拌(轉數10-300/分鐘)還原鐵鹽；

滴定完畢后，繼續攪拌10-120分鐘；

⑤攪拌完畢后，離心5-20分鐘，轉速為400-4000轉/分鐘；先用無氧水洗滌1-3次，每次用量為3-30毫升/g吸附劑(總用量也可為所制備吸附劑質量的10-100倍)，再用已經除氧的有機溶劑(如：無水乙醇或丙酮等)洗滌1-3次，每次用量為3-30毫升/g吸附劑(總用量也可為所制備吸附劑質量的10-100倍)。

所述活性炭材料的基質來源可為煤質、果殼或木質；醇溶液可為C1-C6單醇、C2-C8的低碳2-4元醇和/或分子量200-40000聚乙二醇；單醇可為乙醇或丙醇；低碳醇可為乙二醇或丙三醇；可溶性鐵鹽可為硫酸鐵0.01-0.038M、硫酸亞鐵0.01-0.07M、氯化鐵0.1-0.56M或氯化亞鐵0.01-0.8M。

本發明具有如下優點：

1.吸附容量大，本發明吸附容量可高達20mg/g吸附劑。是市售的單一成分的吸附劑和天然吸附劑的3-200倍。

2.制備方法簡單，成本低廉。

①反應條件溫和：在常溫常壓下反應，一般實驗室、中小企業即可制備，不會發生燃燒、爆炸等危險情況。

②吸附劑本身安全、經濟，不含有危害元素。本吸附劑主要成分為鐵(及其氧化物)、炭，對人體健康沒有危害。即使發生意外情況(如地震、海嘯、龍卷風等人力不可抗拒因素)，吸附劑出現泄漏進入公共飲用水源系統，也不會對水源造成污染。而市售的復合吸附劑雖然吸附容量大，但常常含有鈰、鑭等過渡元素或者稀有元素，而此類元素本身對人體的健康風險還有待評估。