[發明專利]除砷吸附劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110370644.6
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102397775B
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 葛茂發;左軍超;佟勝睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;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

本發明涉及一種除砷吸附劑及其制備方法與應用。

背景技術

砷是具有劇毒性的一種物質，研究表明，長期飲用砷含量比較高的水會引發腎、 肝、肺及膀胱等各種癌癥和神經紊亂等，也會阻礙兒童的正常發育。國際衛生標準從 1993年起將飲用水中砷的最高含量從50ppb降到了10ppb，我國在2006年也根據國際 標準對飲用水中砷的含量進行了調整。但由于自然地質條件的原因以及人為污染等， 同時也由于技術條件的限制，在我國的許多偏遠農村地區，尤其是內蒙古、新疆、云 南和貴州等，有相當一部分人依然長期飲用未經處理的高砷含量地下水，并受到病痛 的折磨或者潛在的威脅。

由于飲用水中高含量砷存在的廣泛性和危害性，科研工作者研究多種方法來除去 水中的砷，主要有共沉淀、反滲透、離子交換和吸附法等。其中吸附法成本低，使用 方便，而且可以對飲用水中的三價砷進行比較有效的去除，最適合偏遠農村的小規模 處理，因此目前被研究最多。

吸附材料主要有鋁、鐵、錳、鋅的氧化物和氫氧化物。其中，鐵基吸附材料不僅 成本低，而且同時對三價砷和五價砷都具有良好的吸附效果，因而被研究最多。但鐵 及其(氫)氧化物本身難以作為吸附材料使用。作為納米粒子時，雖具有較高的吸附 量，但難以從飲用水中分離。而大顆粒則比表面積小，吸附量低。因此，目前研究較 多的是將鐵及其氧化物附著在各種比表面積大的材料上，包括沸石、活性炭等，從而 達到吸附性能高且易于分離的效果。而采用溶膠凝膠法制備的介孔材料，不僅具有大 的比表面積，而且表面有豐富的羥基，非常適合負載化學基團和物質。

發明內容

本發明的目的是提供一種除砷吸附劑及其制備方法與應用。

本發明提供的除砷吸附劑，由介孔氧化硅、與所述介孔氧化硅形成-Si-O-Si-化學 鍵結合的氨基和與所述介孔氧化硅絡合在一起的氯化鐵組成。

上述吸附劑中，所述介孔氧化硅形成-Si-O-Si-化學鍵結合的氨基來源于含氮硅烷 偶聯劑，該含氮硅烷偶聯劑選自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和N- 氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一種；硅元素在所述除砷吸附劑中的質量百分 比為10-40％，優選23.0-24.6％，氮元素在所述除砷吸附劑中的質量百分比為1-10％， 優選2.7-3.2％，鐵元素在所述除砷吸附劑中的質量百分比為2-20％，優選6.7-7.2％。 所述除砷吸附劑的比表面積為80-800m²/g，優選272-380m²/g，孔體積為0.05-1.0cc/g， 優選0.38-0.6cc/g；在pH值為3-8的條件下，吸附容量為30-200mg，優選73-132mg， 平均孔徑為2-10nm，優選3.9-5.8nm。

上述除砷吸附劑可按照下述本發明提供的方法制備而得。

本發明提供的制備上述吸附劑的方法，包括如下步驟：

1)將正硅酸乙酯、乙醇、草酸和水混勻進行水解反應，反應完畢得到氧化硅溶 膠，將所述氧化硅溶膠與水、氨水和乙醇混勻進行縮聚老化反應后再與乙醇進行水熱 反應，反應完畢得到氧化硅凝膠；

2)將所述步驟1)所得氧化硅凝膠與含氮硅烷偶聯劑和乙醇混勻進行水熱反應， 反應完畢后用乙醇置換所得凝膠內部的液體，置換完畢得到表面接氨基的氧化硅凝膠；

3)將步驟2)所得接氨基的氧化硅凝膠、六水氯化鐵和乙醇混勻進行反應，反應 完畢后用乙醇置換所得凝膠內部的液體，置換完畢后進行蒸發，得到所述吸附劑。

上述方法的所述步驟1)中，所述將正硅酸乙酯、乙醇、草酸和水混勻進行水解 反應步驟中，所述正硅酸乙酯、乙醇、草酸和水的用量比為22.4ml∶10-60ml∶ 0.005g-0.03g∶1-5ml，優選22.4ml∶35ml∶0.01g∶1.8ml；

所述將所述氧化硅溶膠與水、氨水和乙醇步驟中，所述氨水、乙醇、水和正硅酸 乙酯的體積比為0.02-0.2∶2-10∶2-10∶22.4，優選0.075∶5.8∶5.4∶22.4；

所述氨水的質量百分濃度為10-30％，優選25-28％；

所述再加入乙醇進行水熱反應步驟中，乙醇與凝膠的體積比為1∶0.5-3∶1，優選 1∶1。