[發明專利]一種鐵鈦錳三元復合除砷吸附劑的制備方法

在審

• 申請號: 201711188169.4
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107837783A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 馬軍;張偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/02;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 賈澤純

技術領域

本發明涉及一種除砷吸附劑的制備方法。

背景技術

砷(As)是一種自然環境中相對稀少但普遍存在的類重金屬元素。由于砷的高毒性、致癌性，其引起了全世界的廣泛關注。自然水體中砷污染主要來源于自然遷移和人類活動，導致數百萬人暴露在砷的危害下，如砷慢性中毒及其他一系列癌癥問題。在許多國家，例如孟加拉國、印度、中國、智利和越南等地，地下水的砷含量達到100～2000μg/L，工業廢水中的砷含量更高達ppm(mg/L)級，而目前世界各國普遍制訂的飲用水及工業廢水排放水質標準中的砷含量上限分別為10μg/L和100μg/L。此外，在自然水體中，As主要以As(V)和As(III)兩種形式存在；其中，As(V)主要存在形態為陰根離子(H₂AsO₄^-和HAsO₄^2-)，而As(III)主要以中性分子H₃AsO₃的形式存在。相較于As(V)，As(III)有更強的毒性(25-60倍)、易遷移、易溶解、更難被去除。因此，水體中除砷，特別是As(V)和As(III)共同去除已成為水處理的重要研究課題。

目前，常用的水體除砷技術有混凝沉淀、膜過濾、離子交換、吸附和化學氧化還原等。其中，吸附法因操作簡單、經濟綠色、高效可再生等優點，已成為最有前景的除砷技術之一。吸附技術是通過物理、化學吸附或離子交換等作用將水體中的砷吸附固定在吸附劑表面上，從而達到水體除砷的目的。該技術一般適用于水體量較大、污染物濃度較低的除砷水處理體系，尤其適用于小型社區以及村落的集中供水體系。

吸附技術的關鍵因素是除砷吸附材料。目前，常用的水體除砷材料有膨潤土、沸石、椰殼、各種含鐵氧化物的天然礦物、活性炭、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦等。研究結果表明，現有的大部分吸附材料(如鐵氧化物及其負載材料)能有效地去除水體中的As(V)，而對As(III)的去除效果并不理想。為了提高水體中As(III)的去除效率，通常需要對含As(III)的水體進行預氧化處理，再結合混凝、吸附等水處理技術。然而，預氧化處理單元不僅增加了水處理成本，而且增加了水處理操作的復雜性。錳氧化物具有溫和的氧化性，能有效的將As(III)氧化成As(V)，且該材料成本低、來源廣泛；但是錳氧化物材料對As(III)和As(V)的吸附去除效果較差，在實際應用時無法單獨使用。鈦氧化物具有光催化性，化學性能穩定，能有效地將As(V)氧化成As(III)，而且其“電子·空穴”結構能加快電子在材料內部的遷移；但由于其氧化速率慢、相對較低的砷去除效能以及較高的材料成本，制約了其在水處理技術中的應用。因此，開發經濟環保、且能同時高效去除As(III)和As(V)的吸附材料，在水體處理及環境修復方面具有十分重要的意義。

發明內容

本發明是為了解決目前的除砷吸附材料需要預氧化處理單元配合，不僅增加了水處理成本，而且增加了水處理操作的復雜性的技術問題，而提供一種鐵鈦錳三元復合除砷吸附劑的制備方法。

本發明的鐵鈦錳三元復合除砷吸附劑的制備方法是按以下步驟進行的：

將鐵鹽、鈦鹽和錳鹽一起溶于水中混合，得到混合液A；將可溶性的高錳酸鹽和堿性化合物一起溶于水中混合，得到混合液B；將混合液B加入混合液A中，得到pH為5～9的混合液C，繼續攪拌混合液C5min～4h，然后陳化1h～12h，倒掉上清液，保留下層的沉淀，水洗沉淀至洗液中無陰離子檢出為止，將水洗后的沉淀進行抽濾得濾餅，然后濾餅在溫度為25℃～100℃的條件下干燥，得到鐵鈦錳三元復合除砷吸附劑；

所述的混合液A中鐵元素的濃度為0.02mol/L～0.15mol/L；

所述的鐵鹽為可溶性的亞鐵鹽；

所述的混合液A中的鈦鹽為可溶性的亞鈦鹽；

所述的混合液A中的錳鹽為可溶性的錳鹽；

所述的混合液B中的可溶性的高錳酸鹽的濃度為0.05mol/L～0.2mol/L；

所述的鈦鹽中的鈦元素與鐵鹽中的鐵元素的摩爾比為1:(1～3)；

所述的錳鹽中的錳元素和可溶性的高錳酸鹽中的錳元素的物質的量的總和與鈦鹽中的鈦元素和鐵鹽中的鐵元素物質的量的總和的比為1:(2～3)；所述的錳鹽中的錳元素與可溶性的高錳酸鹽中的錳元素的物質的量的比為1:(4～5)。

本發明的鐵鈦錳三元復合除砷吸附劑的另一種制備方法是按以下步驟進行的：