CN101948150A - 一种净化水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种净化水的方法。该方法是利用有序介孔氧化铝吸附水中砷离子和/或氟离子。具体步骤将有序介孔氧化铝分散于水中并混合均匀后进行分离或将有序介孔氧化铝装填到处理柱中得填充柱；然后使水通过该填充柱。本发明的方法简单、安全、成本低、环境污染小，吸附容量高，除氟、除砷效果十分显著，具有很高的应用价值。

Description

一种净化水的方法
技术领域
本发明涉及一种净化水的方法，特别涉及一种去除水中氟离子和砷离子的方法。
背景技术
水中有害离子的消除是关系人民生活的一个重要方面。在我国相当多的地区，地下水中含有过量的砷离子和氟离子，严重影响人们的生活和健康。世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中砷的额定浓度为10μg/L，氟离子的浓度限值为1.5g/L。目前，砷离子和氟离子的去除方法主要有絮凝沉淀、离子交换、活性氧化铝吸附和膜处理等。
对于目前常用的活性氧化铝，往往存在比表面低，孔道少，对于砷离子和氟离子的吸附容量低等不足，使其处理能力有限。有序介孔氧化铝是一种比表面积大、孔径在2-50nm之间、孔径分布窄、孔道大小、形状具有一定的有序性的氧化铝。严纯华等已公开发表的文献《Facile Synthesis for Ordered Mesoporous γ-Aluminas with High Thermal Stability》提供了一种大比表面的有序介孔氧化铝的制备方法，但目前有序介孔氧化铝主要应用于异相催化中催化剂的载体、干燥剂和工业脱酸剂等的试验中。
发明内容
本发明的目的是提供一种净化水的方法。
本发明提供的净化水的方法，是用有序介孔氧化铝吸附水中重金属离子和/或氟离子。
上述方法中，所述有序介孔氧化铝的比表面积为200-400m2/g，如237m2/g、250m2/g、365m2/g、380m2/g或400m2/g；孔容为0.5-1.0cm3/g，如0.51cm3/g、0.60cm3/g、0.88cm3/g、0.92cm3/g或0.96cm3/g；孔径为1-10nm，如3.4nm、4.0nm、5.0nm、6.1nm或7.5nm。
上述方法中，所述重金属离子可为砷离子。
上述方法中，所述处理方法具体可为将所述有序介孔氧化铝分散于待净化的水中并混合均匀后将所述有序介孔氧化铝分离出去，得到净化水；该方法中，所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中砷离子质量的40-100倍，如50倍或100倍；所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中氟离子质量的50-80倍，如67倍。
上述方法中，所述处理方法具体可为将所述有序介孔氧化铝装填到处理柱中得填充柱；然后使待净化的水自下而上通过该填充柱，得到净化水；所述填充柱的内径为30-60mm，如30mm或60mm，长度为20-30cm，如20cm或30cm；所述水通过所述填充柱的流速为10mL/min-100mL/min，如30mL/min或100mL/min；所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中砷离子质量的50-200倍，如100倍；所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中氟离子质量的50-100倍，如80倍。
待净化的水和经上述方法净化后的水通过离子色谱和电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)方法分别测定水中氟离子和砷离子的浓度。当待净化的水中砷离子和氟离子浓度分别是100μg/L和5mg/L时，各自超出国家标准10倍和5倍，经过该方法净化后，水中砷离子和氟离子的含量均符合国家标准，其中，砷离子的含量小于10μg/L，氟离子的含量小于1mg/L。
本发明利用有序介孔氧化铝的孔道结构和大比表面性质，吸附水中氟离子和砷离子效果显著，吸附容量高，抗其它阴离子干扰的能力强，净化能力显著强于目前所使用的活性氧化铝，且方法简单、安全、成本低、对环境污染小。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，采用离子色谱法检测水中氟离子的浓度，采用戴安ICS-900离子色谱仪，所用阴离子色谱分析柱型号为IoPac As19，检测器为自动再生阴离子微膜抑制电导检测器，测试条件为：温度为30℃，淋洗液为1.8mM Na2CO3和1.7mM NaHCO3，载气为氮气，流速：1.0mL/min，进样体积：100μL，标准溶液浓度0mg/L、1mg/L、2mg/L、5mg/L和10mg/L。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)检测水中砷离子的浓度，采用日本岛津ICPE-9000等离子体发射光谱仪，测试条件为：高频输出功率1.20KW，冷却气流量0.6L/min，等离子气流量10L/min，载气流量0.7L/min，曝光时间30秒；砷标准溶液系列的浓度分别为0μg/L、5μg/L、10μg/L、25μg/L、50μg/L和100μg/L。
实施例1、有序介孔氧化铝的制备
称取20g聚乙烯醇-聚丙烯醇-聚乙烯醇三嵌段共聚物(P123，其数均分子量为5800g/mol，各个单体的摩尔百分含量分别为20％、70％和20％，购自Sigma-Aldrich公司)溶解在500mL无水乙醇中，搅拌1h后，加入32mL 67％的浓硝酸和45g 98％的异丙醇铝溶液，继续搅拌5h。将混合溶液放在60℃的烘箱中干燥两天得到有序介孔氧化铝的前驱体，将其在流动空气气氛下400℃加热处理4h得到有序介孔氧化铝50g。其比表面积为400m2/g，孔容为0.96cm3/g，孔径为4nm。
实施例2、有序介孔氧化铝的制备
实验步骤同实施例1基本相同，区别在于：有序介孔氧化铝的前驱体在流动空气气氛下加热的温度为600℃，得到的有序介孔氧化铝的比表面积为380m2/g，孔容为0.92cm3/g，孔径为3.4nm。
实施例3、有序介孔氧化铝的制备
实验步骤同实施例1基本相同，区别在于：有序介孔氧化铝的前驱体在流动空气气氛下加热的温度为700℃，得到的有序介孔氧化铝的比表面积为365m2/g，孔容为0.88cm3/g，孔径为5nm。
实施例4、有序介孔氧化铝的制备
实验步骤同实施例1基本相同，区别在于：有序介孔氧化铝的前驱体在流动空气气氛下加热的温度为800℃，得到的有序介孔氧化铝的比表面积为250m2/g，孔容为0.6cm3/g，孔径为6.1nm。
实施例5、有序介孔氧化铝的制备
实验步骤同实施例1基本相同，区别在于：有序介孔氧化铝的前驱体在流动空气气氛下加热的温度为900℃，得到的有序介孔氧化铝的比表面积为237m2/g，孔容为0.51cm3/g，孔径为7.5nm。
实施例6、有序介孔氧化铝吸附水中氟离子
称取实施例1制备的有序介孔氧化铝10g，加入到30L的自来水水样中进行分散，将该自来水水样中氟离子的浓度调控为5mg/L，共含有氟离子0.15g，加入的有序介孔氧化铝的质量是水中氟离子质量的67倍；搅拌使其混合均匀，然后进行过滤分离得到净化的水，通过离子色谱法测定氟离子的浓度为0.8mg/L。
实施例7、有序介孔氧化铝吸附水中氟离子
称取实施例2制备的有序介孔氧化铝200g，装填到处理柱得到以有序介孔氧化铝为充填介质的填充柱，其中，该填充柱的内径为30mm，柱长为20cm，将500L的自来水水样(将该自来水水样中氟离子的浓度调控为5mg/L，共含有氟离子2.5g)以30mL/min的流速自下而上通过该填充柱，得到净化的水，通过离子色谱法测定氟离子的浓度低于0.9mg/L；其中，加入的有序介孔氧化铝的质量是水中氟离子质量的80倍。
实施例8、有序介孔氧化铝吸附水中砷离子
称取实施例3制备的有序介孔氧化铝0.1g，加入到20公斤的自来水水样中进行分散，将该自来水水样中砷离子的浓度调控为100μg/L，共含有砷离子0.002g，加入的有序介孔氧化铝的质量是水中砷离子质量的50倍；搅拌使其混合均匀，然后进行过滤分离得到净化的水，通过电感耦合等离子体-原子发射光谱测定砷离子浓度低于1μg/L。
实施例9、有序介孔氧化铝吸附水中砷离子
称取实施例4制备的有序介孔氧化铝20g，装填到处理柱得到以有序介孔氧化铝为充填介质的填充柱，其中，该填充柱的内径为60mm，柱长为30cm，将200L的自来水水样(将该自来水水样中砷离子的浓度调控为100μg/L，共含有砷离子0.2g)以100mL/min的流速自下而上通过该填充柱，得到净化的水，通过电感耦合等离子体-原子发射光谱测定砷离子浓度小于10μg/L；其中，加入的有序介孔氧化铝的质量是水中砷离子质量的100倍。
实施例10、有序介孔氧化铝吸附水中砷离子
称取实施例9制备的有序介孔氧化铝0.2g，加入到20公斤的自来水水样中进行分散，将该自来水水样中砷离子的浓度调控为100μg/L，共含有砷离子0.002g，加入的有序介孔氧化铝的质量是水中砷离子质量的100倍；搅拌使其混合均匀，然后进行过滤分离得到净化的水，通过电感耦合等离子体-原子发射光谱测定砷离子浓度低于5μg/L。

Claims (10)

1.一种净化水的方法，是用有序介孔氧化铝吸附水中重金属离子和/或氟离子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有序介孔氧化铝的比表面积为200m2/g-400m2/g，孔容为0.5cm3/g-1.0cm3/g，孔径为1nm-10nm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述重金属离子为砷离子。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述处理的方法是将所述有序介孔氧化铝分散于待净化的水中并混合均匀后再将所述有序介孔氧化铝分离出去，得到净化水。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中砷离子质量的40-100倍；所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中氟离子质量的50-80倍。
6.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述处理的方法是将所述有序介孔氧化铝装填到处理柱中得填充柱；然后使待净化的水通过该填充柱，得到净化水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述填充柱的内径为30mm-60mm，长度为20cm-30cm。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述水自下而上通过所述填充柱。
9.根据权利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于：所述水通过所述填充柱的流速为10mL/min-100mL/min。
10.根据权利要求6-9中任一所述的方法，其特征在于：所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中砷离子质量的50-200倍；所述有序介孔氧化铝的质量为所述水中氟离子质量的50-100倍。
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