CN101648130B - 高效除砷的钛-稀土复合吸附剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可同时去除水中三价砷和五价砷的高效钛-稀土复合吸附剂的制备方法，以钛盐和稀土盐为原料，钛盐和稀土盐的摩尔比为1∶4～10∶1，在高分子有机物存在条件下，60℃～100℃加热至水解完全，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃～120℃干燥至恒重后即可；对五价砷的吸附量为传统活性氧化铝的3倍以上，吸附三价砷比活性氧化铝的吸附量高10倍以上，具有吸附容量高、适用pH范围宽、性能稳定、容易再生等特点，在饮用水除砷中有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种可以用来吸附去除饮用水中有害污染物砷的钛—稀土复合吸附剂的制备方法。
背景技术
砷及其化合物会引起生物和人类急性或慢性砷中毒，严重危害健康。砷污染的地下水是全球性问题，分布范围广，危害严重，目前是环境领域急需解决的问题。在众多饮用水除砷技术中，吸附法是一种较为成熟且简单易行的处理技术，适用于砷含量低的地下水，特别适合在偏远农村使用。
在吸附法除砷工艺中，常用活性氧化铝作为吸附剂，但活性氧化铝最佳适用pH范围窄，吸附能力较低，而且铝离子易于溶出，造成二次污染。因此，国内外学者对非铝的矿物吸附剂展开了大量研究，例如铁(氢)氧化物，复合金属吸附剂等，这些吸附剂各有优点。目前研究的除砷吸附剂普遍存在吸附三价砷的能力不强，往往需要先将三价砷氧化为五价砷，再用吸附法去除，这样就增加了成本。因此，研究能同时去除三价砷和五价砷的高效吸附剂是国内外的研究热点。近年来，研究表明纯二氧化钛在光照条件下能将三价砷氧化为五价砷，因此在砷污染处理领域显示出很好的应用潜力。虽然纯二氧化钛对砷具有一定的吸附能力，但不够理想，通过改性可能进一步提高其吸附砷的能力。
发明内容
针对现有吸附剂除砷的吸附量不高的问题，本发明的目的在于提出一种高效除砷的钛—稀土复合吸附剂的制备方法，通过钛盐和稀土盐在高分子有机物存在下先水解后沉淀制成，具有制备简单，吸附容量高，适用pH范围宽，容易再生，性能稳定，吸附剂颗粒机械强度大的优点。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高效除砷的钛—稀土复合吸附剂的制备方法，以钛盐和稀土盐为原料，钛盐和稀土盐的摩尔比为1:4～10:1，在高分子有机物存在条件下,60℃～100℃加热至完全水解，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃～120℃干燥至恒重后即可。
所述的钛盐为硫酸钛或四氯化钛。
所述的稀土盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化镧或硝酸镧。
所述的高分子有机物为聚乙烯醇或羟乙基纤维素。
钛盐的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L，稀土盐的摩尔浓度为0.01～0.8mol/L，高分子有机物占整个反应体系的质量百分比为0.096％～0.32％。
上述方法制备的高效除砷的钛—稀土复合吸附剂由纳米级的钛和稀土复合氧化物颗粒聚集而成，含有的高分子有机物增加了颗粒吸附剂的机械强度。
本发明所述的高效钛—稀土吸附剂适用于去除水中的三价砷和五价砷。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点：
将稀土元素和钛元素进行掺杂，可以显著提高二氧化钛吸附剂的吸附除砷能力。钛为纳米级的无定形态和锐钛矿二氧化钛颗粒，有较大的比表面积，而稀土元素对阴离子有较强的亲和力，二者掺杂使得所研制的吸附剂的吸附容量高。
本发明的吸附剂通过简单的水解和沉淀制得，烘干温度低于120℃，因此本发明具有工艺简单，操作方便的优点。该吸附剂对五价砷和三价砷的吸附量明显优于常用的活性氧化铝，常温下在pH 4～8都有较高的吸附量，具有适用pH范围宽，容易再生，可重复多次使用等特点。
具体实施方式
实施例1
分别配制硝酸铈,硫酸钛和聚乙烯醇（PVA）的水溶液，硫酸钛和硝酸铈的摩尔浓度分别为0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇（PVA）占整个反应体系的质量百分比为0.16％，在聚乙烯醇（PVA）存在条件下，80℃加热水解2h，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，100℃干燥至恒重后，即获得钛—铈复合吸附剂试样1。
将试样1的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样1，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为40.6mg/g，是商品活性氧化铝和纯二氧化钛在同样条件下吸附量的3.2倍和2倍。
将试样1的粉末吸附剂用于吸附三价砷。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样1，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为34.1mg/g，为商品活性氧化铝和二氧化钛在同样条件下吸附量的14.5倍和1.9倍。
实施例2
分别配制氯化镧，硫酸钛和聚乙烯醇（PVA）的水溶液，硫酸钛和氯化镧的摩尔浓度分别为0.4和0.05mol/L，聚乙烯醇（PVA）占整个反应体系的质量百分比为0.16％，按照实施例1方法制得钛—镧复合吸附剂试样2。
将试样2的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样2，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为41.6mg/g，为对照组商用活性氧化铝和纯二氧化钛在同样条件下吸附量的3.3倍和2.1倍。
实施例3
以硫酸铈,四氯化钛和羟乙基纤维素为原料，四氯化钛和硫酸铈的摩尔浓度分别为0.2和0.8mol/L，羟乙基纤维素占整个反应体系的质量百分比为0.16％，在羟乙基纤维素存在条件下，60℃水解2h，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃干燥至恒重后，即获得钛—铈复合吸附剂试样3。
将试样3的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样3，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为31.2mg/g。
实施例4
分别配制硝酸镧,硫酸钛和聚乙烯醇（PVA）的水溶液，硫酸钛和硝酸镧的摩尔浓度分别为0.1和0.01mol/L，聚乙烯醇（PVA）占整个反应体系的质量百分比为0.096％，在聚乙烯醇（PVA）存在条件下，100℃加热水解2h，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，120℃干燥至恒重后，制得钛—镧复合吸附剂试样4。
将试样4的粉末吸附剂用于吸附五价砷。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样4，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为35.7mg/g。
实施例5
分别制备硝酸铈,硫酸钛和聚乙烯醇（PVA）的水溶液，硫酸钛和硝酸铈的摩尔浓度分别为0.2和0.02mol/L，聚乙烯醇（PVA）占整个反应体系的质量百分比为0.32％，按照实施例1方法制得钛—铈复合吸附剂试样5。
将试样5的颗粒（0.16～0.28mm）吸附剂用于五价砷的吸附。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样5，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为25.9mg/g。
将试样5的颗粒（0.16～0.28mm）用于三价砷吸附。在100mL砷溶液中加入0.01g的试样5，在温度为25℃，pH 6.5，转速150r/min，初始砷浓度为5mg/L条件下进行吸附实验，吸附平衡后的吸附量为23.1mg/g。
实施例6
取吸附剂试样1在实施例1的吸附条件下进行5个周期的五价砷吸附-再生循环实验，再生采用0.5mol/L NaOH溶液。结果表明前两个周期吸附容量略有降低，后三个周期吸附容量稳定，为原始吸附量的80％，重复使用效果好。
Claims (3)
1.一种高效除砷的钛－稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，以钛盐和稀土盐为原料，钛盐和稀土盐的摩尔比为1:4～10:1，在高分子有机物存在条件下，60℃～100℃加热至水解完全，然后调溶液pH至中性，生成沉淀，对沉淀产物进行水洗，50℃～120℃干燥至恒重后即可，钛盐的摩尔浓度为0.1～0.4mol/L，稀土盐的摩尔浓度为0.01～0.8mol/L，高分子有机物占整个反应体系的质量百分比为0.096％～0.32％，所述的高分子有机物为聚乙烯醇或羟乙基纤维素。
2.如权利要求1所述的钛－稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的钛盐为硫酸钛或四氯化钛。
3.如权利要求1所述的钛－稀土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的稀土盐为硝酸铈、硫酸铈、氯化镧或硝酸镧。
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