[發明專利]一種用于水中除砷的分散型復合納米吸附劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201110185727.8
• 申請日: 2011-07-01
• 公開（公告）號: CN102266749A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 李廣賀;李澤唐;張旭
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種用于水中除砷的分散型復合納米吸附劑及其制備方法。

背景技術

砷(As)在自然界廣泛地存在，據世界衛生組織(WHO)的研究，長期飲用含砷的水，可以導致皮膚癌、膀胱癌、高血壓、心腦血管病、神經病變和糖尿病。砷在水中主要形態是亞砷酸離子(AsO^2-)和砷酸離子(AsO₄^3-)，三價砷的生物毒性是五價砷的60倍。亞砷酸(H₃AsO₃)的一級電離常數(Ka₁＝10^-9.23)遠小于砷酸(H₃AsO₄)的一級電離常數(Ka₁＝10^-2.24)，因此三價砷在天然地下水體的pH范圍(6～8)內主要以中性H₃AsO₃的形式存在，不利于吸附，即目前大部分吸附劑不能有效地去除地下水中三價砷。我國現行的《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)中規定砷濃度限值從0.05mg/L降至0.01mg/L。而實際調查表明，我國現有砷超標飲用水的80％是地下水。

納米吸附劑由于比表面積巨大，吸附容量高，成為吸附劑和催化劑研究的重要方向。研究表明，一方面粒徑越小，吸附量越大，目前納米吸附劑都是采用人工材料和天然礦物(沸石、蒙脫石、海泡石)等進行負載改性制備，如專利CN101347717B制備零價鐵負載顆粒活性炭，專利CN101804333A利用離子交換樹脂負載納米材料。但負載法目前使用的載體比表面積相對有限，使得無機功能顆粒的納米效應并不明顯，與真正分散的納米吸附材料比表面積相比仍有很大差距。另一方面反應活性越強，吸附量越大，對目標污染物選擇性越高。也有采用稀土元素或貴金屬改性材料來提高吸附容量，如CN200310115571.1采用鋯改性蒙脫石作為除砷吸附劑，專利CN200710042509.2以氯化鑭負載沸石介孔分子篩作為除砷吸附劑，這些方法雖然提高了吸附容量，但是制備過程復雜，再生成本高，隨著稀土元素價格不斷上升，正逐步失去實際應用空間。綜上所述，由于納米吸附劑本身顆粒細小，吸附后很難從水中分離。因此，為解決粉體制劑存在的難分離問題，在含砷地下水還原環境中能同時去除三價砷和五價砷，有巨大比表面積，可以在水中分散使用并且有效分離的普通金屬納米除砷吸附劑是要解決飲用水除砷問題的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于水中除砷的分散型復合納米吸附劑及其制備方法。

本發明提供的一種分散型復合納米吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)向可溶性有機高分子的水溶液中加入亞鐵鹽與錳酸鹽后進行氧化還原反應得到納米鐵錳氧化物共聚物前驅體；

(2)向所述納米鐵錳氧化物共聚物前驅體中加入堿并進行陳化即得所述分散型復合納米吸附劑。

上述的制備方法中，所述可溶性有機高分子可為小麥淀粉、玉米淀粉、淀粉糊精、地瓜粉或聚乙二醇；所述聚乙二醇的數均分子量可為10萬-200萬；所述可溶性有機高分子的水溶液中所述可溶性有機高分子的質量百分含量可為0.5％-5％，具體可為2％、2.5％或5％。

上述的制備方法中，所述亞鐵鹽可為硫酸亞鐵銨、硫酸亞鐵、氯化亞鐵或草酸亞鐵；所述錳酸鹽可為錳酸鉀、高錳酸鉀或高錳酸鈉；所述堿可為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

上述的制備方法中，步驟(1)中所述亞鐵鹽可以亞鐵鹽水溶液的形式加入至所述可溶性有機高分子的水溶液中；所述錳酸鹽可以錳酸鹽水溶液的形式加入至所述可溶性有機高分子的水溶液中；步驟(2)中所述堿可以堿水溶液的形式加入至所述納米鐵錳氧化物共聚物前驅體中。

上述的制備方法中，所述亞鐵鹽水溶液的質量百分濃度可為5％-50％，具體可為33％、40％或50％；所述錳酸鹽水溶液的質量百分濃度可為1％-20％，具體可為9％、12％或17％；所述堿水溶液的質量百分濃度可為0.2％-40％，具體可為11％、14％或33％。

上述的制備方法中，所述亞鐵鹽水溶液和所述錳酸鹽水溶液均可以5ml/min-60ml/min的流速加入至所述可溶性有機高分子的水溶液中，所述流速具體可為20ml/min、40ml/min或50ml/min。