[發明專利]砷氟共除納米復合吸附劑

有效

• 申請號: 200910223338.2
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN102059093A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 景傳勇;辛琳琳;崔金立
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F1/28;C02F1/58;C02F101/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、本發明所屬技術領域

????環境科學與技術領域

二、本發明的技術背景

砷和氟的污染與毒害已成為世界性的問題。作為砷、氟污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，并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、氟的濃度應分別小于0.01mg/L和1mg/L。

目前我國農村主要采用分散式供水，由于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。吸附法由于其成本較低、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于砷氟共除，但吸附容量并不理想。因此，研制合成吸附效率高并且可再生的砷氟共除復合吸附材料有著重要意義。

納米TiO₂吸附材料對As(V)和As(III)具有高吸附容量(均大于37mg/g)，其除砷性能優于活性氧化鋁(Al₂O₃)(1.4～2.0mg/g)和E33p(氧化鐵)(約18.0mg/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咸水給人體健康帶來的威脅。另有文獻報道TiO₂對氟的去除率可達到90％以上。氧化鑭性能穩定，價格適中，并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硅膠上加載氧化鑭后，可以顯著提高氟的吸附容量，這種復合吸附劑使用壽命長，再生簡單，不會造成二次污染。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，并且可以耐酸、耐堿、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)等有機污染物，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征。本發明涉及的砷氟共除復合吸附劑，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，將過篩后的活性炭(20-60目)在去離子水中加熱至沸騰，該過程保持30min，冷卻后用去離子水淋洗兩到三次，于104.5℃下烘干備用。

2稱取一定量的硫酸鈦溶解于去離子水中，制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，于104.5℃下烘干得到產物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，于104.5℃下烘干。該步驟重復數次后得到產物2。

4將產物2于200℃-600℃焙燒一段時間，即得砷氟共除復合吸附劑(以下簡稱TLA)。

四、附圖說明

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征，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、氟之后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。在吸附反應完成后，吸附劑中出現了砷/氟的特征峰，實驗結果表明TLA可以用于砷、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TiO₂的特征吸收峰，這進一步說明二氧化鈦的確存在于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于吸附劑中。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。