CN101163530A - 用于去除水中的砷的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了从水中去除污染物的组合物和方法，组合物包含氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材，用于从水中去除污染物。将含污染物的水与该基材接触可显著降低水中污染物含量。还提供了将水中的污染物进行氧化以促进用氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材去除污染物的方法。污染物包括但不限于砷、硒、铀、镉、铬、镍、铜、锌、铬、钒以及它们的氧化物和可溶性盐。

Description

用于去除水中的砷的组合物和方法
相关申请
本申请要求下列美国临时专利申请的优先权：2005年4月25日提交的60/674,835和2005年5月9日提交的60/679,393，其全部内容以参考方式结合于本文。本申请在主题上与下列美国专利申请相关：2005年2月24日提交的11/065,867，2005年2月14日提交的60/653,073和2004年3月4日提交的60/550,688，其全部内容以参考方式结合于本文。
关于在联邦政府资助研发下的发明权利的声明
本发明是按美国能源部和加州大学董事会为Lawrence Berkley国立实验室的管理和运作而签定的基本合同No.DE-AC03-76SF00098进行的。美国政府对本发明享有一定权利。
光盘上提交的“顺序编目”，表格或计算机程序编目附录的参考不适用。
技术领域
本发明涉及对含有不需要物质(包括但不限于砷、硒或矾)的水的处理，以去除这些污染物。
背景技术
天然存在于地壳中的许多元素会进入地面水或地下水中，并对人体健康和环境构成有害作用。这些元素包括但不限于硒、砷、钒和铬。例如，砷是地壳中第二十的最丰元素，可天然存在于空气、水、土壤、岩石和矿物中。岩石和矿物的腐蚀被认为是水源和土壤中这些天然存在的污染元素的主要来源。其它来源可包括城市径流(runoff)、工业操作、经处理的木材、农药、发电厂飞灰、熔炼和采矿废弃物。
这些污染元素在氧化还原反应中会获得或失去电子。结果例如，砷会以多种氧化还原状态存在。砷酸盐和亚砷酸盐是地下水中常见的砷的两种形式。通常缺乏生命体或生物体的水源一般含有不同比例的砷酸盐(五价砷)和亚砷酸盐(三价砷)形式的无机砷。氧化水中常为五价砷。在还原性条件下，三价砷即亚砷酸盐形式的量增加。通常pH(6-8)的天然水中，砷的主要形式是砷酸盐的一价H2AsO4 -和二价HAsO2-形式和亚砷酸盐的不带电形式，亚砷酸HAsO2。
许多长期科学研究表明，与这些污染物长期接触对健康有害。例如，砷会引起对健康的许多严重的不良作用。食入的砷容易吸收。通过饮用水接触砷与肺癌、膀胱癌、皮肤癌、肝癌和肾癌有关。其他健康方面的研究指出，饮用被砷污染的饮用水后，会造成其他一些严重危害，包括发育缺陷、死胎、自然流产以及心力衰竭、中风、糖尿病和高血压。砷的摄入还会伤害肝脏、神经系统和皮肤(砷致皮肤病)。这些对健康的作用可能是缓发的，经过多年后才发生。
特别是，在世界许多地方来自地下水源的饮用水中的高砷含量是一个严重问题。孟加拉有大约6千万人，印度有差不多这样多人，尼泊尔有几百万人，他们都因饮用水中高砷含量(60-1200ppb)而受害。还有数百万人接触中等砷含量(低于50ppb但高于10ppb)的水。因此一些政府部门对饮用水中砷的含量进行了严密控制(见例如，加州的加州环境保护局所属环境卫生灾害评估处2004年4月制订的《关于饮用水中砷化学品的公共卫生目标》)。为了减少对健康的危害，美国环境保护局(USEPA)最近对饮用水中砷含量设定的限制为十亿分之十(10微克/升)或更低，(见USEPA，National Primary Drinking Water Regulations(国家一次饮用水规定)；Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source ContaiminantsMonitoring(砷和对要求的说明以及新源污染物监测)，Fedeval Register，2001年1月22日(第66卷，No.14：6975-7066))。
在其他地区，水中硒化合物的污染是对健康和环境的问题。这些地区包括西北美洲的一些部分，在那里含硒土壤可将硒浸出到地下水中。象砷一样，硒(Se)中以多种化学形式存在。硒的主要氧化态有-2(例如H2Se，硒化氢)、0(如SeO)、+4(如，Na2SeO3，亚硒酸钠)和+6(例如，Na2SeO4，硒酸钠)。人类活动如采矿、冶炼、煤和油的燃烧以及肥料的施用都会引起硒在土壤上局部沉积。
元素硒(Se0)实际上不溶于水。水中的硒主要以亚硒酸氢根、亚硒酸根和硒酸根离子的形式作为Se+4或Se+6存在。二氧化硒和三氧化硒溶解于水分别生成亚硒酸和硒酸，对应的盐是亚硒酸盐和硒酸盐。对Se+4，在pH为6.5-8.5的饮用水中亚硒酸氢盐较多。pH为8时，亚硒酸氢盐和亚硒酸盐约为同样浓度。对Se+6，硒酸盐是仅有的存在形式。在中性或碱性条件下硒酸钠是水溶性的，而且稳定，是水中常见的硒形式。
长期口接触高浓度硒化合物的会导致称为硒中毒的疾病，其主要症状是脱发，指甲发脆、神经异常(例如神经麻木以及极端情况下的古怪感觉)。EPA将公共供水中允许的硒量限制为每十亿份水中50份总硒(50ppb)。
控制饮用水中这种污染物的危害的主要办法是寻找可替代的饮用水源，而这点在世界上许多地区是不可能，因此需要降低饮用水中这些污染物的含量。这些污染物不需要完全去除也能使公共卫生受益。
然而，有上百万受此污染之害的人居住在收入很低的地区，大多数在人均日收入少于1美元的地区。因此去除饮用水中污染物的工艺不仅要有效，较好还要成本很低，操作上可行即所需的资源和正规的技术培训都很少。
Dagmax Bonnin的题为“使用改进的沸石材料从含水介质中去除砷物质的方法”的美国专利6,042,731(以参考方式结合于本文)在其背景部分中讨论了使用其他物质如活性氧化铝、活性碳和未处理的飞灰从水中去除砷。该专利的背景部分还提出使用飞灰并不合适，因为其性质不易保持。该专利还叙述了另一些可用的方法，是使用铁处理的沸石来处理含砷的饮用水。该专利未提到底灰的处理。该专利也未述及紫外光曝光的预处理先使水中的砷由As3+转变到高价态As5+，以便增加较易被吸附物质的相对量。
现有的除去污染物的方法可能很贵，而且较慢，甚至当污染物浓度高时效果差。这些方法也可能需要复杂的维护和技术很熟练的人员。例如，一种去除砷的较为便宜的方法是用成粒的氢氧化铁形式的Fe(OH)3与砷反应。但此方法仍相对较贵，而且需要在一个反应器中进行一套复杂操作，该反应器需要压力降以及许多技术管理和监测。
为适应种种需要，本发明提供去除水中污染物的组合物和方法，涉及新组合物的制造和所述组合物在去除水中污染物的方法中的应用。
发明内容
本发明提供具有氢氧化铁和/或氧氢化铁表面涂层的组合物，并提供使水与此组合物接触从供水中去除污染物的方法。这样，在第一方面，本发明提供可用于去除污染物的水处理的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的组合物。在上述方面，本发明提供涂覆了氢氧化铁和/或氧氢化铁的基材和其制造方法。本发明的氢氧化铁和/或氧氢化铁表面涂层通过以下方法制备，首先选择具有大的单位质量或单位体积(或两者)表面积的亲水基材，然后将所述基材在可溶性亚铁盐(如硫酸亚铁、硝酸亚铁、氧化亚铁、碘化亚铁)的水溶液中浸一定时间，对基材进行处理。此经亚铁盐处理的基材然后与可溶性碱(如NH4OH，氢氧化物盐如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、碱金属氢氧化物)的水溶液接触一定时间。这样，基材的表面就涂覆上或吸附了氢氧化亚铁，然后用水对上基材进行清洗，以除去过量的碱或氢氧化物。其次，所得的基材即氢氧化亚铁涂覆的基材可以进行空气干燥(在空气中，加热或不加热)，将基材上吸附的氢氧化亚铁转变为氢氧化铁和/或氧氢化铁涂层。这个产品是经干燥的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材，就可用于本发明的方法。
这种基材通常是粒径约1-100微米，较好约1-10微米的具有亲水表面的颗粒。粒径越小，表面积与粒径/质量或体积比例的越大。在有些实施方式中，选用的亲水基材，其表面积与体积的比值大于0.1m2/cm3或0.5m2/cm3。在其他实施方式中，表面积与体积的比值大于50m2/cm3乃至500m2/cm3。在一些实施方式中，选用的亲水基材是细粉。在其他实施方式中，选用的亲水基材是有机或无机的多孔材料，这些材料具有非常规整的或非规整的孔隙和小室结构，这些孔隙和小室是可润湿的或亲水的。在有些实施方式中，选用的亲水基材可以是细粉(如稻壳灰、煤炭燃烧的底灰)。在有些实施方式中，所述材料是玻璃(如玻璃珠、细粉碎的玻璃、转鼓磨碎的玻璃等)。在有些实施方式中，所述材料是玻璃纤维。在有些实施方式中，基材材料是天然或人造海绵。选用的适当的亲水多孔基材包括但不限于；多孔未上釉的陶瓷材料(例如呈板状或珠状)、成块完整的或破碎的多孔岩石、玻璃(如玻璃珠、细粉碎的玻璃、转鼓磨碎的玻璃等)，未上釉焙烧的粘土、沸石、飞灰、硅藻土、底灰(如煤炭底灰，包括但不限于燃煤发电厂的底灰)等(例如木材或等纤维素材料(纸张、稻杆、其他植物等)燃烧留下的灰)。在有些实施方式中，基材是合成聚合物如聚酯或者天然聚合物如纤维素制成的。在说明这一主题的另一些实施方式中，有一个实施方式，其亲水基材不是沸石、活性炭、木炭、活性氧化铝、粘土、硅藻土、成粒的氢氧化铁、飞灰中的任何一种。在涂覆的基材要用来从水中除去砷的一些实施例方式中，该涂覆的基材所用的基材不是底灰、飞灰，也不是燃烧木材、煤炭或燃烧其他植物材料所得的另一种燃烧副产物。在使用涂覆的基材从水中去除砷以外的污染物的一些实施方式中，还有一些实施方式，其涂覆的基材所用的基材可以是底灰、飞灰、或者燃烧木材、煤炭或燃烧植物材料所得的另一种燃烧副产物。在一个实施方式中，基材是飞灰，污染物是一种砷化合物。在另一个实施方式中，基材是飞灰，污染物是砷化合物外的其它污染物。
在又一些实施方式中，亲水基材不一定是颗粒，可以是能吸附氢氧化铁的机织材料或多孔聚合物。例如，基材可以是纤维素材料(即主要是植物纤维素(如压制纸、吸墨纸、纸巾、亚麻、芦苇、棉织物)构成的材料或者压制或机织的材料。在另一些实施方式中，选用的亲水基材是纺织材料，如聚酯、亚麻布、黄麻、棉花、尼龙或人造纤维。在一个实施方式中，基材是飞灰。
因此在另一方面，本发明涉及氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的组合物本身。这些基材是上述的颗粒或材料。因此，这些材料通常是具有亲水表面，粒径约0.1-100微米，较好1-100微米，更好1-10微米的颗粒。在有些实施方式中，这些组合物具有大于0.1m2/g或0.5m2/g的表面积。在另一些实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材具有大于50m2/g甚至500m2/g的表面积。在有些实施方式中，这些组合物的表面积与体积的比值大于0.1m2/cm3或0.5m2/cm3。在另一些实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的表面积与体积的比值大于50m2/cm3甚至500m2/cm3。在有些实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材是玻璃(如玻璃珠、细粉碎的玻璃、转鼓磨碎的玻璃等)。在一优选实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材是玻璃珠。在又一些实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材是有机或无机的多孔材料，这些材料具有非常规整的或非规整的可润湿或亲水的孔隙和小室的结构。在另一些其他实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材可以是细粉(如稻杆灰，煤炭燃烧的底灰、煤炭燃烧的飞灰)。
在另一组实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材不一定是颗粒。基材可以是纤维素材料例如亚麻、黄麻、压制纸、吸墨纸、纸张或布(如棉布、亚麻布)、织物或纺织品。此外，此氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材所用的基材可以是压制材料或纺织材料。织物或纺织品可以是聚酯或聚酯掺合物或其他可渗透的合成或天然聚合物。
其他合适的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材包括但不限于多孔未上釉材料(如板形或珠形)、整块完整的或破碎的岩石、玻璃(玻璃珠、细粉碎的玻璃、转鼓磨碎的玻璃等)、未上釉焙烧的粘土、硅藻土。在一个特别优选的实施方式中，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材，其基材是底灰(如燃煤发电厂的底灰)等(例如燃烧木材的底灰)或纤维素材料(如纸、稻杆和其他值物)。在说明本发明主题的一些实施方式中，亲水基材不是沸石、活性炭、木炭、活性氧化铝、粘土、粒化的氢氧化铁、硅藻土，也不是飞灰。在又一些为说明本发明的主题的实施方式中，亲水基材不是沸石、活性炭、木炭、活性氧化铝、粘土、成粒的氢氧化铁、硅藻土和飞灰中的任何一种。在涂覆的基材要用来从水中除去砷的有些实施例方式中，该涂覆的基材所用的基材不是灰、底灰、飞灰，也不是燃烧木材、煤炭或燃烧植物材料所得的另一种燃烧副产物。在使用涂覆的基材从水中去除砷以外的污染物的一些实施方式中，还有一些实施方式，其涂覆的基材所用的基材可以是底灰、飞灰、或者燃烧植物材料所得的另一种燃烧副产物。
另一方面，本发明提供去除水(例如饮用水、地下水或地面水源的饮用水、污染的流径水、工业、采矿或农业操作的排出物)中污染物的方法。所述污染物可能是硒的化合物(如Na2SeO3亚硒酸钠、Na2SeO4硒酸钠)、砷的化合物、铬的化合物(如三氧化铬(VI)、铬(III))、铀、铅或钒的化合物，包括这些元素的盐以及它们的组合。
例如，一方面，按本发明，含有需要去除的污染物的水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材接触。在一实施方式中，按照上述方式，制造氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的亲水基材。所述接触可以通过水渗透或过滤通过该基材，通过藉搅拌使水与基材混合，水流湍动，搅拌和/或长时间的接触和扩散来完成。当含污染物的水与涂覆的基材接触后，水中的污染物与基材上的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂层结合，形成不溶性和紧密结合于基材上的络合物。将涂覆的基材取出或与处理后的水分离，从水中去除了结合于涂覆的基材上的污染物。因为基材是不溶性的，且是颗粒物质，通常比水密度大，通过过滤，或者简单地使附有污染物的基材在处理的水中沉积，能方便地进行分离。
在有些实施方式中，要从水中去除的污染物是硒、铬、钒或砷的任一种的无机物形式。在其他实施方式中，所述物质是在地下水或城市径流或农业和工业排水中可以见到的是污染元素的二价、三价、五价或六价的物质。通常密度比水大，通过过滤。或者简单地让附有砷的基材在处理的水沉积，就不难完成分离。
此方法可用来处理含污染物(如硒或砷)在很广浓度范围(如重量基5-5000ppb，10-2500ppb，1-1000ppb或更高；10-1000ppb；5-2000ppb；10-100ppb，5-1000ppb；或5-500ppb)的水。较好的是，此方法用来处理污染物浓度为等于或大于10ppb，20ppb，50ppb或100ppb的水。为了有助于保护健康或环境，污染物的去除并不需要完全，因为即使是污染浓度的部分降低，也可减少任何有害作用的可能性和程度。通常需要的是将污染物去除直至其含量降低到造成有害作用的含量以下。在使用涂覆的基材来去除水中的砷的一些实施方式中，涂覆的基材所用的基材不是灰、底灰、飞灰或燃烧木材、煤炭或植物材料所得的另一种燃烧副产物中的一种或多种。在使用涂覆的基材来去除水中砷以外的污染物的实施方式中，还有一些实施方式，其中所用的涂覆的基材，其基材可以是底灰、飞灰燃烧木材、煤炭或植物材料所得的另一种燃烧副产物。
在一组实施方式中，本发明涉及从饮用水源(例如特别是，地下水或充氧很差的水源)去除砷的方法，该方法通过任选地先对水处理，以便将水中的任何有机砷(如甲烷胂酸、甲烷胂酸钠、二甲基次胂酸钠、二甲基次胂酸)和/或无机三价砷(如三氧化砷、亚砷酸钠)转变为砷的五价形式(如五氧化二砷、五价砷)。处理时可以向要被处理的水添加一种氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次磷酸钠)优选的是，氧化剂可以选自臭氧、氧、氯或次氯酸或漂白剂或它们的组合。氧的提供可以是向水中鼓入空气泡或注入空气。或者或另外，也可以先将水与着色剂或色芯接触，然后用足够能量的紫外光(如阳光、人造紫外光源)进行辐照，使着色剂或色心芯有助于紫外光的吸收以及砷物质氧化为其+5的价态。在氧化剂处理的同时或以后，如上所述将水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触以去除砷。
当污染物是砷时，含有要去除的砷的水与本发明的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触。在一实施方式中，按照上述的方法制造氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材。所述接触可以通过水渗透或过滤通过该基材，通过藉搅拌使水与基材混合，水流湍动、或搅拌和/或长时间的接触和扩散来完成。当被砷污染的水与涂覆的基材接触后，水中的砷与氢氧化铁和/或氧氢化铁结合，形成不溶性和紧密地结合于基材上的络合物。将涂覆的基材从处理后的水中除去或与之分离，就从水中去除了结合于涂覆的基材上的砷。因为基材可以是不溶性的，且是颗粒物质，通常密度比水大，通过过滤，或者简单地使带有砷的基材在处理后的水中沉积，能方便地进行分离。
在有些实施方式中，从水中要去除的含砷物质是无机砷。在其他实施方式中，含砷物质是含三价或五价砷物质。在又一些其他实施方式中，含砷物质是选自砷酸、三氧化砷、五氧化二砷、五价砷或三价砷、亚砷酸钠和/或其盐的一种或多种。在又一些其他实施方式中，含砷物质是有机砷(如甲烷胂酸盐、甲烷胂酸钠、二甲基次胂酸)，将它们用本领域技术人员知道的方法(如氧化)转变成无机砷。
此方法可用来处理含砷在很广浓度范围(如重量基5-5000ppb，10-2500ppb，1-1000ppb或更高；10-1000ppb；5-2000ppb；10-100ppb，5-1000ppb；或5-500ppb)的水。较好的是，此方法用来处理砷浓度大于或等于10ppb，20ppb，50ppb，100ppb，500ppb，1000ppb，2000ppb，2500ppb，3000ppb或5000ppb的水。为了有助保护健康或环境，砷的去除并不需要完全，因为那怕是砷浓度的部分降低，就能减少任何有害作用的可能性和程度。通常需要的是将砷去除直至其含量降低到低于10ppb(即低于10微克/升水)，甚至更低。因此，在一实施方式中，方法用来将水中砷的含量降低到低于50ppb，40ppb，30ppb，20ppb，10ppb，8ppb，5ppb，3ppb，2ppb，1pp或者测试极限。
另一方面，本发明涉及从饮用水源(例如特别是，地下水或充氧很差的水源)去除砷的方法，该方法首先对水处理，以便将水中的任何有机砷(如甲烷胂酸、甲烷胂酸钠、二甲基次胂酸钠、二甲基次胂酸)和/或无机三价砷(如三氧化砷、亚砷酸钠)转变为砷的五价形式(如五氧化二砷、五价砷)。处理时可以向要被处理的水添加一种氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次磷酸钠)。优选的是，氧化剂可以选自臭氧、氧、氯或次氯酸或漂白剂或它们的组合。氧的提供可以是向水中鼓入空气泡或注入空气。此外，也可以先将水与着色剂或色芯接触，然后用足够能量的紫外光(如阳光、人造紫外光源)进行幅照，使着色剂或色芯有助于紫外光的吸收以及砷物质氧化为其+5价态。在氧化剂处理的同时或以后，如上所述将水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触以去除砷。在一些实施方式中，使用涂覆的基材来去除水中的砷，涂覆的基材所用的基材不是底灰、飞灰或燃烧木材、煤炭、植物材料所得的另一种燃烧副产物。上述的其他污染物也可以类似地进行氧化便于其去除。
在上述的一些实施方式中，可以用其他的过渡三价金属氢氧化物代替氢氧化铁。本领域技术人员不难确定能够与砷等污染元素生成络合物和适合于本发明的各种方法和组合物的过渡三价金属。
附图说明
参考下面的附图可以更充分理解本发明，这些附图仅供说明之用。
图1是用于水中砷去除的底灰的预处理与使用步骤流程图。
图2是在连续的含砷量为2400ppb(十亿分之一)的饮用水批料被本发明吸附剂处理过的底灰进行处理以后残留砷含量的图。
图3是一种未经处理的底灰的电子显微镜照片，显示底灰颗粒表面光滑，是粒径为小于1微米至10微米的混合物。
图4是涂覆的底灰的电子显微镜照片，显示此涂覆有Fe(OH)3的底灰颗粒表面呈光滑至鳞片状外貌，所有颗粒的粒径在小于微米至10微米范围，涂层基本上覆盖所有颗粒的表面。
图5显示0.5升砷浓度为690ppb的水在2分钟处理后砷浓度降至50ppb，45分钟处理后砷浓度降至10ppb。对几个砷浓度不同的水试样进行了测试。砷浓度采用对滤出水进行电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析进行测量。对于在实验室中掺加砷+5的去离子水，1克涂覆的基材去除了0.75mg砷。这相当于用恰好6.67g介质将100升含砷的水的砷浓度由50ppb降低至10ppb以下。
图6显示一个公用规模的粗滤机，适合于用一个单手泵为20个家庭抽吸水。
具体实施方式
本发明的发现涉及，可以由某些通常易获得的基材制造出氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的材料，提供从水特别是饮用水去除污染物例如砷的高效方法。例如，氢氧化铁和/或氧氢化铁的底灰，其可达到每克涂覆介质从水中去0.7mg元素砷，使水中砷的最终浓度低于10ppb。对于掺加砷至其浓度为60-2400ppb的水，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的底灰重复进行了多次试验。如氢氧化铁和/或氧氢化铁的煤底灰基材以及本发明方法所显示的，本发明基材的一个优点是将显著量的污染物包括三价砷和五价砷从被污染的水去除的程度。
因此，本发明提供从水特别是饮用水去除污染物(如砷、硒等)的组合物和方法。此组合物是其内表面和/或外表面都涂覆有氢氧化铁和/或氧氢化铁的基材。如上所述试用了多种基材。特别有益的基材是底灰、飞灰、玻璃等。基材无需完全涂覆上氢氧化铁和/或氧氢化铁才有效。但效果一般正比于涂覆的程度。因此在有些实施方式中，使用本发明的制造方法将基材表面基本上都涂覆了氢氧化铁和/或氧氢化铁。一般是要将能涂覆的表面部位的至少10-25％涂覆或吸附有氢氧化铁和/或氧氢化铁。在其他实施方式中，多于25％，50％，75％或90％的可见基材外表面涂覆上氢氧化铁和/或氧氢化铁。
在上述实施方式中，特别是处理饮用水的情况，底灰或选用的其它基材可以基本上不含当按本发明方法使用时该基材时会以有害量进入被处理的水的毒性污染物(如重金属、无机或有机化合物)。检测基材的这些污染物和/或其进入或渗入水中的能力的方法，本领域技术人员是熟知的。此外，制造涂覆有氢氧化铁和/或氧氢化铁的基材时选用的亚铁盐和氢氧化物金属抗衡离子，对于可能留在处理后水中的任何残留物或污染物而言较好是无毒性的。本领域技术人员熟知这种无毒性的抗衡离子(如钙、硫酸盐、钠、钾等)。因此，在本发明的一个方面，选择一种工业废弃产物例如煤炭底灰(如由燃煤发电厂获得的底灰)用于本发明的组合物和方法是令人惊奇的。严格试验表明，获得的煤炭底灰的水浸出液在pH为3-10的情况下As、Be、Cd、Cr、Cu、Tl、Pb和Se的含量很低不能检测，可以忽略。
另一方面，本发明涉及制造涂覆上氢氧化铁和/或氧氢化铁的材料的方法，首先用亚铁化合物对基材涂覆，以避免在不使用高铁化合物作为加入的试剂的情况下必须进行的混合。高铁化合物水溶液一般很粘，容易形成凝胶使化学混合困难。
制造氢氧化铁和/或氧氢化铁基材的组合物的本发明方法正如上述，并将后面的实施例中说明。
一般而言，在给出步骤顺序后，本领域技术人员不难了解在基材上涂覆氢氧化铁和/或氧氢化铁涂层所需的各反应步骤。这些方法将在实施例中具体说明，要与选用的基材接触的亚铁盐溶液浓度可以是例如1M直至该盐的饱和溶液范围。接触时间则取决于温度、接触基材的亚铁盐溶液的浓度、混合程度、基材本身情况、要试验的基材的量或浓度。本领域技术人员会知道如何改变反应条件(如亚铁盐溶液浓度、温度、接触时间等)以提供亚铁盐处理的基材。类似地，有了要转变成氢氧化亚铁涂覆的表面的硫酸亚铁涂覆的表面，本领域技术人员会知道要将硫酸亚铁处理的基材转变为氢氧化亚铁涂覆的基材，使用或加到所得亚铁盐处理的基材的碱的大约浓度。有了要转变成氢氧化铁或氧氢化铁涂覆的表面的氢氧化亚铁涂覆的表面，本领域技术人员也不难知道将氢氧化亚铁涂覆的基材转变为适合用于本发明的氢氧化铁和/或氧氢化铁所需要进行的步骤。
本领域技术人员会知道如何将基材与水接触，以有效地去除水中存在的任何污染物(如砷、硒等)。如本领域技术人员所知，可以有多种方法将要处理的水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材进行接触。基材可以在固定床或流化床形式中使用。基材可填装在多孔容器中，将该容器插入要处理的水中或藉多孔隔膜与水隔开。可以在用活性炭或砂过滤水之前或之后使用所述的基材。可以在接触将近结束时使用紫凝剂来促进基材与水的分离。基材可以填装在小筒或小柱中，按用户(如家庭厨房水槽或家用出水口、公共饮水处或公共水井)的需要进行安装。基材可以装入一搅拌槽中，然后借助沉积和/或过滤除去。基材和方法可以与本领域技术人员所知的任何其他的水净化/消毒方式前后或串联使用。
特别是，本方法可以对水源进行一次或者连续多次，以提高砷含量减少的程度，以便更完全地去除砷，或者保证砷的足够去除。在实际应用上，较好是将该方法与处理后水的检测联合进行，以测出处理水中污染物的含量，以保证其在可接受的限度(如低于10ppb或50ppb，视污染物而异)内或符合当地的规定或国际公共卫生准则，例如世界卫生组织或美国环境保护局就饮用水中硒和砷含量规定的准则。本领域技术人员知道监测水中这些污染物的方法的。例如，溶液中砷或其他污染物的残留浓度可以采用本领域技术人员所知的ICP/MS方法进行分析。在有些实施方式中，本发明方法可以降低砷或硒含量的90％乃至更多，特别是可以将砷含量降低至小于或等于50ppb，较好小于或等于10ppb。
要与水接触的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的量可以采用本领域技术人员知道的方法由经验确定。所需的量一般根据水中污染物的浓度，污染物的具体物种和/或价态，寻求的污染物含量降低程度，基材与水接触的时间、在该时间内接触的完善程度(如混和程度)以及涂覆的基材的表面积、尺寸、涂覆程度和组成等等决定。有些参数如水的温度也要考虑。按照所达到的污染物含量的降低程度，与对于指定的一组接触条件要达到的砷污染物减少相比较，可以经验地确定并调节要使用的基材量。鉴于上述，氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的用量或最少用量一般可以是0.01-100或较好0.1-10g/升处理的水。所需的实际量或最少量取决于上述的一些因素。此外，接触可以依序重复进行数次，以便达到更好的安全界和/或进一步降低污染物含量。
本发明方法可以非常广泛使用，可用于由手动水泵的井、发展中国家的小城市供水系统，直至工业化世界中大型城市供水系统的水净化。用于发展中国家各家水的净化，只需要涂覆基材的浸渍织物、纸片或毛巾，涂覆基材的织物或纸片，包含涂覆的基材的过滤器，填装涂覆的基材的手持袋或过滤袋等等。在一“茶袋”或类似的多孔容器中少到只有几盎斯就可以处理几加仑的水，显著降低水中污染物的含量。将饮用水滴加通过过滤器或者与过滤袋或涂覆或浸渍的片进行接触，可以降低污染物含量。袋和过滤器或片以后可以弃去。对公共水平的系统，本方法可以与常见的小型粗滤器并用，可用一个手动泵或简单的机械装置将含有涂覆介质的浆料注入到位于沉积槽前面的水流中。
居家使用者可以运用这种净水技术，即，将氢氧化铁或氧氢化铁涂覆的基材封装在两层滤纸或任何其他多孔材料片或聚合物材料内，类似于在许多美国宾馆中所见的咖啡滤袋或茶袋。可以将测量倒入通过滤纸或其它过滤材料。水通过过滤器材料到达涂覆的基材，水中的砷或硒或其它污染物通过吸附或结合于涂覆的基材而失去。几分钟内就能够除去显著量的砷或其他污染物，大大提高了水的品质。结合的污染物(例如是砷的话，以砷酸铁的形式)留在涂覆的基材上，可以与过滤器或袋一齐弃去。
为了处理公众规模的含砷水，可将基材加在小型粗滤器的进口。这种过滤器常用来过滤浑浊的水。一个说明性实施方式包括一个装填有煤(无烟煤)、砂和小石的50加仑的桶。通过一根管子将浑水用手泵入，管子伸入到桶底，并分布在桶底。水向上流动通过混合介质，通过一溢流出口流出(图6)。氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材每天加入到进口管子中，水流过混过的介质过滤器时就能同时清除去其中的砷和浑浊度。隔一定时间(例如每周)，借助开启桶底的回洗塞对该过滤器进行反洗。
氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材也可用于大规模去除砷，并与较为复杂的水处理系统组合使用。例如，可以在大型沉积槽或过滤器(在该处可以除去用废的介质)上游将氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材浆料连续注入一根水管数分钟。
氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的另一个应用是从矿浸出液去除砷。由老的废弃矿或现正开采的矿的矿浸出液流向河、溪和城市供水系统，这些浸出液通常被砷污染。本发明的工艺能在矿浸出液污染环境之前对其中和。
在其他应用中，静止的水体如水池或湖泊，若其中有污染物(如砷或硒的化合物)，可以将其与适当大量的氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触，方法是将施加在水面上或水面下。基材与污染物络合，并落到湖泊的底上进行螯合，然后可藉定时地对水体进行疏浚除去。
定义
若不另行说明，所有这里使用的科技术语都具有本发明领域技术人员所理解的意义。下述资料提供技术人员本发明中所用的许多术语的一般定义：
Singleton等，DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULARBIOLOGY(第2版，1994)；THE CAMBRIDGE DICTIONARY OF SCIENCE ANDTECHNOLOGY(Walker等，1988)；以及Hale&Marham，THE HARPER COLINGSDICTIONARY OF BIOLOGY(1991)。本文中以下术语具有归属于它的意义，除非另行说明。
在此指出的是，用在此说明书和所附权利要求书中，英文单数形式的“a”“an”和定冠词“the”都包括其复数意义，除非上下文明显表示不同的意义。
“底灰”是指烟煤、无烟煤、褐煤、木材、稻草、稻壳经部分燃烧或完全燃烧后留下的废弃物，或者其他部分燃烧或完全燃烧过的碳质材料。
关于水中的杂质，“污染物”是指对健康或环境有害，并能直接被氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材吸附或者如本文所述先被氧化成一种物质然后被吸附的物质。这些污染物包括砷、硒的氧化形式或可氧化的形式，其他元素的氧化形式或可氧化的形式，这些元素包括但不限于铀、铅、镉、镍、铜、锌、锆、铬和钒，以及它们的可溶性无机盐类。当这些污染物是处于在水中能生成离解的离子的氧化态时，这些污染物通常能吸附或结合在氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材上。
“飞灰”是指按McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms，FifthEdition，McGraw-Hill，Inc.，1994所定义的，“由窑炉的气流带出的细颗粒形式的基本上是不能燃烧的废弃料”。
对于本发明的基材而言，术语“涂覆的”是指在基材颗粒表面上存在着吸附、粘附或结合的亚铁或铁化合物。此处不拘泥于理论，可以认为将亚铁或铁化合物粘附、吸附或涂覆于露出的基材表面的力是基于基材表面的亲水性质和/或负电性质。这些力可能是范德华力、离子吸引、氢键、配位共价键或上述作用力的组合，视颗粒基材而异。术语“涂覆的”不要求颗粒或基材完全被亚铁或铁化合物所覆盖。覆盖程度可如上所述。
要处理的水包括但不限于被砷、硒或前面定义的其他污染物所污染的地下水或地面水。水可以是含污染物的流出水(如载有含砷农药的流出水)或者工业或采矿操作的废水。在有些实施方式中，水是饮用水源。水可以是先经过了处理提高澄清度、去除颗粒物质，降低细菌含量或去除其他污染物，然后才与氢氧化铁和/或氧氢化铁处理的基材接触以去除或降低水中任何污染物的含量。
在其它方面，本发明的组合物和方法适合于去除那些与氢氧化铁和/或氧氢化铁具有反应活性或能吸附于其上的水中的其他元素。
实施例1  使用底灰作为代表性的基材
在一实施方式中，可以使用一个发电厂的底灰，该发电厂所在的地区中有要处理的水。例如南亚的燃煤热电厂产生大量适合用于本发明的底灰。这种底灰是不含矿(sterile)的球形微粒的细粉末材料，主要含铁、镁和铝的硅酸盐。粒径一般为1-10微米，提供的表面积对体积之比约为0.5m2/cm3。在2005年处置这种热电厂的底灰材料每吨耗费5美元。本发明可以采用简单的化学方法在室温对此底灰涂覆氢氧化铁和/或氧氢化铁，可以无需使用昂贵的原料和高能耗。
1千克此介质可以从饮用水中去除0.7g元素砷，相当于从1000升700ppb砷的水中去除砷。估计每人饮用水的消耗量为10升/天(3650升/年)，处理一个人每年的饮用水(初始砷浓度为700ppb)的成本约为1.10美元。
在一实施方式中，本发明提供对用于水中除砷的底灰或其他基材进行涂覆的方法，包括：
a)将一定量底灰或基材在包含水的液体中混合，形成底灰悬浮液。
b)用FeSO4或其他亚铁盐的水溶液处理上述底灰或其他基材的悬浮液，形成经处理的底灰悬浮液。
c)然后用NaOH水溶液与所述经处理的底灰或其他材料的悬浮液反应，形成涂覆有Fe(OH)2的底灰悬浮液。
用FeSO4水溶液处理的步骤包括使用浓度大于0.1M的FeSO4溶液。例如可以使用约0.6M的饱和FeSO4溶液。NaOH溶液浓度可以是0.1-1N，例如0.5N。
在有些实施方式中，本发明提供从一定量水中吸附水中砷的方法，该方法将水与用上述方法制备的有Fe(OH)2的底灰或基材接触。在另一实施方式中，所述方法还包括使用一种方式将所述水中的砷由As+3价态转变为As+5价态，然后将所述水与有Fe(OH)2的底灰或基材接触。
在下面分别描述的一组实施方式中，本发明提供从饮用水去除砷杂质的方法，该方法包括：a)收集底灰；b)用FeSO4溶液处理所述底灰；c)然后用NaOH溶液处理所述底灰。收集的初始底灰可以先进行清洗除去杂质。所述底灰还可以在用NaOH溶液处理后进一步清洗。
上述处理的底灰还可以进行对其氧化的步骤。氧化步骤可以通过空气干燥，加入过氧化氢、高锰酸钾(KMnO4)、鼓入的空气、次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)或其他类似氧化剂进行。此外，非氧化剂如FeSO4可提供着色剂或色芯用于吸收紫外光。这种吸收的光子提供能量用于在水溶液中在涂覆的底灰上进行从Fe(OH)2态至Fe(OH)3态的表面氧化。这两种状态不难区别，因为Fe(OH)2是黄至绿色，而Fe(OH)3是锈红色。当处理的底灰涂覆上Fe(OH)3，就可用作水源中杂质(如砷或可能的其他重金属)的吸附材料。
所述处理的底灰制备并氧化以后，就可以开始用所述处理并干燥的底灰从一定量的水去除杂质，去除步骤的进行一般是从一定量水中吸附污染物离子，与处理的底灰表面上先已涂覆的铁离子络合的形式。
实施例2  5克预处理底灰的制备
先将5g干燥的底灰置于一个收集容器中。
将30ml 0.6M的FeSO4与所述底灰混合，在接近室温的温度例如10-40℃连续搅拌1小时。虽然这是FeSO4的室温饱和溶液，但较低的浓度也可使用，用于较低的底灰表面覆盖率或者较少量的底灰。可使用的FeSO4浓度是从0.1M或更大。
搅拌后，约5分钟内使固态的底灰颗粒沉积到收集容器底部。此时除去表面液体，对此液体过滤，然后将滤纸上的残留物加入到收集容器底部的密集固体中。
然后加入5ml 0.5N NaOH水溶液到收集容器中并搅拌混合5分钟。可以认为，加入的NaOH按照氧化还原化学式FeSO4+2NaOH→Fe(OH)2+Na2SO4将先有的FeSO4转变成Fe(OH)2的络合亚铁状态，这形成了一种改进的砷吸附剂。
约5分钟内使固体沉积到收集容器底部后，排出过量的表面液体。此时，去除表面液体，在收集容器底部留下稠密的经处理的混合物。
将收集容器中的内容物在一滤纸上铺开，置入一陪替式皿上，在一通风橱中室温空气干燥36小时。其作用是将涂覆有Fe(OH)2的底灰氧化形成Fe(OH)3涂覆的底灰，发现其在水中吸附砷的效果比Fe(OH)3形式好得多。
将上述步骤获得的干燥材料不含砷的水清洗3次，每次使用大约100ml不含砷的水，目的是除去所有未被吸附的NaOH或Fe(OH)2溶质。每次清洗结束后，过滤上层清液，并将滤纸上的残留物加回到固体中。第三次清洗好后，所得的固体就是制成的介质(吸附剂)。
以下列方式使用此吸附剂介质：将含砷的水加到吸附剂上，搅拌足够的时间(一般1小时)，吸附水中的砷、然后将水倾倒出来。
在实验室测试中，此吸附剂介质能从2000ml含2.4ppm(即2400ppb)砷的水中除去砷，将砷浓度降低到小于或等于50ppb，如图2所示。
实施例3  使用预处理的底灰去除砷
在实践中，将含砷的水源与Fe(OH)3涂覆的底灰充分混合，将砷含量降低到可接受的水平。目前，美国环境保护局(USEPA)规定的可接受的水平是50ppb，但从2006年1月起，可接受值降低到10ppb。世界卫生组织(WHO)已经宣布，建议饮用水中可接受的砷浓度的临时值的下限改变到低于10ppb。
对含砷的水先用紫外光预处理，使水中砷的状态由As3+变至As5+，可以提高吸附性能。正常情况下，清水让紫外光通过而不吸收紫外光。但加了着色剂或色芯源后，紫外光会被吸收，为离子提供能量，改变砷的价态。
要指出的是，在大气中自由流动的水通常含有丰量的As5+，因为水中有氧存在。但井中的水会缺乏氧源，所以主要是As3+态。还认为，通过氧化添加剂如鼓入的空气、高锰酸砷(KMnO4)、次磷酸钠(NaH2PO4·H2O)或过氧化氢(H2O2)，可以将As3+变为As5+态。这些添加剂可以是干燥的或水基的。
对于上述两种水源，砷的去除都是通过砷离子吸附到预处理的底灰上。在某一时刻，绝大多数受体位都被砷离子占据，妨碍了达到最大的可接受值，由吸附过程中水中砷的监测中以看出。此时将预处理的底灰弃去，用新的预处理的底灰替换。
实验发现，供应巨大过量的Fe(OH)3涂覆的底灰(此量足够处理25倍之多的As5+)，已成功地去除水中的砷至小于或等于10ppb的可接受水平，即使不将As的价态提高到As5+。所以可以进行计算，是使用更多的介质，还是将砷的价态提高为五价态，哪一措施更为经济。
现在参见图1，这是对底灰进行处理成为Fe(OH)3涂覆的底灰的流程图。这些步骤按照实施例1中所述的步骤。
现在参见图2，为了给出Fe(OH)3涂覆的底灰基材效果的一个概念，相继通入初始浓度为2400ppb(即是WHO建议限度的240倍)的高砷含量的水，混合，然后测量砷浓度。使用仅5g Fe(OH)3涂覆的底灰。当含砷水总处理体积达到1500ml后，原为2400ppb的水才超过10ppb限度。逻辑上可以看出，顺序分段处理的系统可以将输出水中砷的含量降低到极低的值，远低于规定的10ppb。
现在参见图3，显示的是未涂覆的底灰颗粒的电子显微镜照片。这些底灰颗粒粒径不同，表面光滑。
现在参见图4，显示的是Fe(OH)3涂覆的底灰颗粒。涂层的本性致使看起来有一层或多层，而且无论粒径如何，每个颗粒上都基本上有涂层覆盖。
应当指示，前面的所有讨论都是将Fe(OH)3涂覆的底灰在含砷水中混合以去除砷。另一些可用的办法包括使用一个过滤袋，含砷的水滴下通过滤袋，或者用渗滤床，使水要过滤的水通过该床进行处理。此外，任何这些系统可以混合或配合使用，以提供分段回收砷。也许，最方便的方法是将Fe(OH)3涂覆的底灰与含砷水借助鼓入空气泡混合一段时间。停止鼓泡后，吸附了砷的Fe(OH)3涂覆的底灰简单地沉积到底部，而从顶部抽出已除去砷的水。
实施例3
本发明还提供从饮用水去除含砷杂质的方法，包括：a)收集底灰；b)用FeSO4溶液对所述底灰处理；c)然后用NaOH溶液对所述底灰处理。起初收集的底灰可以先进行清洗以除去杂质。而且所述底灰在用NaOH溶液处理以后，也可对所述底灰进一步进行清洗。
经处理的底灰还可以进一步处理使其氧化。氧化步骤可以是空气干燥，添加过氧化氢、高锰酸钾(KMnO4)、次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)或其他类似氧化剂。此外，非氧化剂可以提供着色剂或色芯用来吸收紫外光。吸收的光子提供了能量用于在水溶液中在涂覆的底灰上进行从Fe(OH)2态至Fe(OH)3态的表面氧化。这两个状态容易辨别，因为Fe(OH)2是黄绿色，而Fe(OH)3是锈红色。当经处理的灰涂覆有Fe(OH)3时，适合用作水源中杂质(如砷或可能的其它重金属)的吸附剂材料。
当所述处理的底灰制备并氧化后，即可开始用其处理干燥的形式从一定量的水中去除含砷杂质。去除步骤一般是从一定量水中吸附砷离子，为与处理的底灰表面上先已涂覆的铁离子络合的形式。
本方法从水去除砷的能力可以通过将所述量的水用紫外光充分照射，将所述水中的砷改变到高价态得到增强，此时较好有溶解的氧存在。这种氧的来源较好是空气干燥所用的大气，但也可来自鼓入的空气，或者来自加入的过氧化氢、高锰酸钾(KMnO4)、次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)等。这样，砷的价态可以从As3+升高到As5+。认为As5+价态更容易被吸附。
在本说明书中上用的各专利、公开的专利申请和其他出版物都全文参考结合于本文，只要其内容没有与本说明书不一致的地方。下面的附录构成本说明书的一个独立的部分。
虽然上面详述的内容和实施例是为了清晰理解本发明而作的，但对本领域技术人员很清楚的是，根据本发明的叙述可以作出某些变化和修改，只要不偏离所附权利要求的精神和范围。

Claims (55)

1.一种制造氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的方法，它包括：
将基材与亚铁盐水溶液在足以用该亚铁盐涂覆基材的表面以形成亚铁盐处理的基材的反应条件下接触；
将该亚铁盐处理的基材与碱的水溶液接触，形成氢氧化亚铁涂覆的基材；
用水清洗氢氧化亚铁涂覆的基材，去除多余的碱；
将该清洗过的基材与空气或氧源接触，将清洗过的基材上的氢氧化亚铁涂层转变为氢氧化铁和/或氧氢化铁，从而形成氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材；
条件是所述基材不是底灰。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材的表面积对体积的比值大于0.1m2/cm3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材的粒径为0.1-100微米。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基材的粒径为1-10微米。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚铁盐水溶液是硫酸亚铁溶液。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述硫酸亚铁溶液的硫酸亚铁浓度为0.1-0.6N，或者所述硫酸亚铁溶液是硫酸亚铁的饱和水溶液。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚铁盐是硝酸亚铁或氯化亚铁。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱选自氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化钙。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述碱是氢氧化钠。
10.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触空气或氧源是接触空气。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接触空气或氧源是进行接触直至干燥状态。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接触碱是在0.1-1N的浓度，包括0.2、0.3、0.4和0.5N的浓度下进行的。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材选自飞灰、玻璃、陶瓷材料、粘土、沸石、硅藻土、纺织品、玻璃纤维、天然或合成聚合物、以及天然或人造海绵。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材是飞灰。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材是玻璃珠。
16.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材不是飞灰。
17.一种降低水中污染物的量的方法，所述方法包括将所述水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触，由此该基材将水中污染物的浓度降低，其中，所述污染物包括选自硒、铀、镉、铬、镍、铜、锌、钒和铅的物质。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的底灰。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述水中污染物的量为10-约2500微克/升水。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述水中污染物的量降至小于10微克/升水。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述污染物是在水中形成离解的离子的铀的氧化态。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述污染物是在水中形成离解的离子的硒的氧化态。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述污染物是在水中形成离解的离子的铅的氧化态。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述污染物是在水中形成离解的离子的污染物的氧化态。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在将水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触以前或期间，在着色剂的存在下用UV辐射对水进行处理。
26.如权利要求18-25中任一项所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材在所述接触步骤之后通过过滤或沉积与水分离。
27.一种用于从水中除去污染物的亲水基材，所述亲水基材的表面积与体积的比值大于0.1m2/cm3，并具有氢氧化铁和/或氧氢化铁的涂层，条件是该基材不包括底灰。
28.如权利要求27所述的基材，其特征在于，该基材选自飞灰、玻璃、陶瓷材料、粘土、沸石、硅藻土、纺织品、玻璃纤维、合成聚合物和海绵。
29.如权利要求28所述的基材，其特征在于，该基材包括玻璃珠。
30.如权利要求28所述的基材，其特征在于，该基材包括飞灰。
31.一种制造氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材的方法，它包括：
将水悬浮液中的基材与FeSO4溶液接触，形成经处理的基材的悬浮液；
使所述经处理的基材的悬浮液与水溶液中的NaOH反应，形成Fe(OH)2涂覆的基材的悬浮液；以及
在空气或氧存在的条件下，将Fe(OH)2涂覆的基材的悬浮液干燥，从而制成氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材；
条件是所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材不是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的底灰。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述FeSO4以大于0.1M的FeSO4浓度，或约0.6M的饱和浓度接触或加入。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，在所述反应步骤中，NaOH浓度大约是0.5N。
34.一种降低水中污染物的量的方法，该方法包括以下步骤：
任选地将水与氧化剂接触，以改变污染物的氧化态；
将水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触；
条件是所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材不是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的底灰。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢、氧、鼓泡的空气、次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)和次氯酸钠。
36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是通过在水中加入着色剂，然后对水进行紫外照射提供的。
37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的玻璃珠。
38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的飞灰。
39.如权利要求35-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是选自硒、铀、钒、镍、铬、锌和铅的化合物。
40.如权利要求35-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物是砷或其氧化态。
41.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述水的初始砷浓度小于3000ppb，且90％的砷被除去。
42.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述水的初始砷浓度小于2000ppb，且90％的砷被除去。
43.如权利要求34所述的方法，其特征在于，残留在水中的砷的量小于或等于50ppb。
44.如权利要求34所述的方法，其特征在于，残留在水中的砷的量小于或等于10ppb。
45.如权利要求35-44中任一项所述的方法，其特征在于，砷是五价或三价的砷。
46.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁或氧氢化铁基材是干燥的。
47.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材含有小于20重量％的水。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述基材含有小于10重量％的水。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述基材含有小于5重量％的水。
50.一种降低水中污染物的量的方法，它包括以下步骤：
任选地将水与氧化剂接触，以改变污染物的氧化态；以及
将水与氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材接触；
其中，所述污染物是硒、铀、镉、铬、镍、铜、锌、钒和铅的化合物。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢、氧、鼓泡的空气、次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)和次氯酸钠。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是通过将着色剂加入水中，然后对水进行紫外照射提供的。
53.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的玻璃珠。
54.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的飞灰。
55.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的基材不是氢氧化铁和/或氧氢化铁涂覆的飞灰。
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