[發明專利]一種除砷過濾材料及其制備方法和在飲用水凈化中的應用

有效

• 申請號: 201310292410.3
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103331143A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 董良杰
• 申請（專利權）人: 蘇州微陶重金屬過濾科技有限公司
• 主分類號: B01J20/14
• 分類號: B01J20/14;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;C02F1/62
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;汪青

技術領域

本發明屬于過濾材料制備領域，特別涉及一種具有吸附和固定砷及重金屬功能的過濾材料，其制備方法和用途，該過濾材料可有效將流體例如水中含有的三價砷和五價砷除去。

背景技術

砷是毒性很強的元素之一，也是各國飲水標準中主要去除的無機毒素。在自然界水體中多以三價和五價狀態存在。然而其作為一種金屬元素，不是以普通陽離子的狀態存在，而主要以亞砷酸根和砷酸根形式存在。即使現代的技術如反滲透膜（RO）對三價砷的去除率僅為50％左右，不能滿足對砷的過濾需求。另外，過濾材料對砷和毒性極大的重金屬過濾，必須兼顧吸附后的固定問題。

傳統多孔陶瓷和陶瓷濾芯利用硅藻土的天然多孔結構可以去除細菌和大分子有機物，但不能去除離子狀態的砷和重金屬。另一方面，零價鐵／納米零價鐵在低pH（小于6）水里，緩慢腐蝕并貢獻兩個自由電荷，對砷和重金屬進行還原和共生沉淀（co-precipitation），從而達到去除重金屬的目的。但是，零價鐵的單獨應用，帶來如下問題：一、須在pH小于7的環境下才能發生腐蝕反應，調節和控制pH是飲用水過濾的應用限制；二、水中須有一定的溶解氧（大于2毫克／升）才能持續反應；三、反應過程中形成有害污泥，不能固定重金屬，需要進一步無害化處理；四、使用過程中產生大量多余的三價鐵或亞鐵離子，使水呈現紅色或橙色，必須進一步處理。

為了解決零價鐵的這些應用限制問題，一些研究采取將零價鐵或納米零價鐵以涂層的方式形成在活性炭、天然硅藻土、高嶺土和高嶺土制備的多孔陶瓷顆粒上。但是涂層的辦法仍然存在一些問題，如活性炭混合法制備的涂層容易在pH變化或水質變化時脫落，這在飲用水中會導致急性中毒；此外，過濾材料易產生零價鐵粉脫落和表面氧化的問題，從而降低其吸附能力。

中國發明專利ZL200680052402.X公開了一種從水中去除砷和重金屬的方法和組合物，其中使用高嶺土陶瓷顆粒進行零價鐵涂層的方法，可以有效去除砷和重金屬，并在陶瓷表面實現重金屬固定，但是該方法也僅能利用陶瓷表面結構，吸附效率還需要進一步提高。

總結而言，在對于砷的去除上，現有技術的主要缺點是：一、傳統陶瓷氧化煅燒僅能提供多孔結構過濾細菌和大分子物質進行物理過濾；二、零價鐵粉應用多產生鐵離子和有害廢物；三、活性炭鐵粉涂層存在脫落問題；四、陶瓷顆粒表面涂層僅能利用表面結構。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有除砷功能、可用于飲用水凈化處理的新型過濾材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采取的一種技術方案是：

一種除砷過濾材料，該過濾材料由孔隙率為35%～85%的多孔陶瓷基體和在多孔陶瓷基體的內部原位生成的納米零價鐵粒子構成，多孔陶瓷基體的微孔大小為2～10微米，且在所述微孔內形成有絨狀的無定型硅-鐵-碳結構，所述微孔內的絨狀的無定型硅-鐵-碳結構在吸水后能夠形成吸附膜，以重量份計，多孔陶瓷基體的材料組成為：硅藻土50～55份，膨潤土6～8份，淀粉3～4份，高嶺土3～5份，液體蠟1～2份，鐵粉1～3份，炭粉13～15份。

根據本發明，所述的過濾材料的表面為鐵青色或青灰色，新鮮斷面為藍色，過濾材料在吸水或浸水后變成黑色；所述過濾材料能夠將0.1mm以下Y25磁鐵粉末吸附；所述過濾材料在刮去表層粉末后，按NY/T1377-2007土壤標準測定的pH為7.2～8.2。

優選地，所述多孔陶瓷基體的孔隙率為55%～70%。

優選地，所述過濾材料通過對多孔陶瓷基體進行納米鐵改性得到，納米鐵改性的方法是先將多孔陶瓷基體吸附上二價鐵離子，再利用還原劑對吸附在多孔陶瓷基體上的二價鐵離子進行原位還原，最后將多孔陶瓷基體在400℃～500℃下進行無氧燒結。

優選地，過濾材料的形狀為1～2mm的球形顆粒或長5～20mm的柱狀顆粒。

本發明采取的又一技術方案是：一種上述的除砷過濾材料的制備方法，其包括如下步驟：

（1）將硅藻土、膨潤土、高嶺土、炭粉、淀粉、液體蠟、鐵粉按配方比例混合，在溫度350℃～550℃下進行無氧燒結，得到所述多孔陶瓷基體；

（2）、將多孔陶瓷基體浸泡到pH?7.0～8.0、含有亞鐵離子和增粘劑的水相混合液中，待多孔陶瓷基體完全潤濕后，取出多孔陶瓷基體，晾干備用，其中：增粘劑為葡萄糖、蔗糖及可溶性淀粉中的一種或多種的組合，增粘劑在水相混合液中的含量為0.2wt%～15wt%，所述亞鐵離子在水相混合液中的含量為0.5wt%～3wt%；